实验一步进电机控制实验_物理_自然科学_专业资料。实验一步进电机控制实验

　　精品文档，值得拥有 实验一 步进电机控制实验 一、实验目的 1、 掌握步进电机工作原理； 2、熟悉对步进电机转向、速度、行程进行控制的方法。 二、实验要求 1、 通过实验，加深并验证学过的理论知识，掌握实验的基本方法和实验原理； 2、 正确使用仪器设； 3、 认真观察仪器设的运动方式，独立编写控制程序并进行操作。 4、 学生在实验过程中，应学会独立思考，应用所学专业理论知识分析和解决 实验中遇到的具体问题； 三、实验原理 1、步进电机工作原理 步进电机按工作原理可分为电磁式、磁阻式、永磁式、混合式四类。其中混合式 步进电机从定子或转子的导磁体来看，它如反应式步进电机，所不同的是它的转 子上置有磁钢，反应式转子则无磁钢。从它的磁路内含有磁钢这一点来说， 又可以说它是永磁式，但因其结构不同，使其作用原理及性能方面，都与永磁式 步进电机有明显区别。它好像是反应式和永磁式的结合，所以常称为混合式。混 合式步进电机具有驱动电流小，效率高，过载能力强、控制精度高等特点，是目 前市面上应用为广泛的一种步进电机。 左图是两相混合式步进电机的剖面示意图。定子上有两个等分的磁极，相邻两个 磁极间的夹角为 90°。磁极上面装有控制绕组且联成 A、B 两相，转子上均匀分 布两个齿，齿间距为 180°。以 A、B 表示两相绕组正向电流工作， 、 表示反 向电流工作，可实现： 1、两相激励四拍整步运行方式，即 AB→ B→ →A 或单相激励的四拍运行方式， 即 A→B→→。 2、八拍半步运行方式，即 AB→B→ B→→ → →A →A。 两相混合式步进电机剖面示意图 此外还有 1/4 步距的运行方式、微步距控制运 行方式，这里不一一叙述。本节以八拍半步运行方式为例，讲述其工作原理，从 下图可看出，（a）图为当 A、B 两相同时正向通电时，转子受到两相转矩的矢 量和而转至该位置，(b)图为 B 相通电瞬间时转子的受力情况，(c)图为 A 相接 反向电流，而 B 相接正向电流时转子受到两相转矩的矢量和而转到该位置，依 此类推，可得出八拍半步运行方式（图中只给出了前三拍运行方式）。由此可将 该步进电机转矩的大小及工作方式用下图表示出来。图中，当两相同时通电时， 转矩由两相转矩矢量合成，比单相转矩要大（约 1.414 倍）。为使步进电机匀 速转动，应保持各拍转矩相等，故应使相电流降低到 60%，由于磁路原先有饱 合效应，此时每相转矩可能增大到 70%左右，两相合成转矩则接近于 1。 步进电机运行方式 步进电机转矩的工作方式 2、 软件设置 1）设置步进电机控制指令控制字 本实验软件采用松下 FP0 型 PLC，它的步进电机指令控制字为 DT9052。它有 两路脉冲输出功能，可以同时控制两路步进电机。脉冲的输出和停止可以是当程 序执行到一定的结果时完成，也可以是利用外部信号随时终止脉冲输出或启动脉 冲输出。 1/7 精品文档，值得拥有 设定特殊数据寄存器 DT9052 需要使用 F0（MOV）指令，将对应的控制字送 入 DT9052 中。以下是 CH0 的几种控制示例： 允许软件复位…………………………………………H1（0001） 高速计数禁止…………………………………………H2（0010） 停止脉冲输出…………………………………………H8（1000） 停止脉冲输出并且复位高速计数经过值……………H9（1001） 2）步进指令使用的特殊内部继电器、特殊寄存器 通道 特殊内部继电器 经过值寄存器 目标值寄存器 0CH R903A DT9044—DT9045 DT9046—DT9047 1CH R903B DT9048—DT9049 DT9050—DT9051 特殊内部继电器的状态是根据程序的执行状态来改变的，用户只可以读出其中的 状态是 ON 还是 OFF，而不可以改写。以 OCH 为例，R903A 当 OCH 正在执 行高速计数器指令（F166—F170）时为 ON。当 R903A 为 ON 期间，与 0CH 有关的高速计数指令（F166—F170）不会被执行。使 R903A 状态变为 OFF 的情况可以是以下几种情况中的一种： ●高速计数器指令被禁止，如 DT9052 的 BIT3 被送入了 1。 ●高速计数指令执行完成，如脉冲输出指令执行完成。 当脉冲输出指令开始被执行时，内部特殊继电器 R903A 变为 ON 并保持，目标 值寄存器中被自动写入目标数据。DT9047 为高 16 位，DT9046 为低 16 位， 因为是 32 位寄存器，所以可以写入的数据为 K-8，388，608—8，388，607 （HFF800000—H007FFFFF）。在脉冲输出指令执行期间，经过值寄存器中 的数据根据指令执行结果不断改变。当经过值寄存器中的数据与目标值寄存器中 的数据相等，脉冲输出指令停止执行，同时内部特殊继电器 R903A 变为 OFF。 一般情况下，经过值寄存器中的数据用户只能读出，不能被用户改写。 特殊数据寄存器 DT9052 的设定 3）脉冲输出指令 F168： ●指令格式： s：脉冲输出指令应读取的数据表首地址，数据表占据相邻的 7 个寄存器。 n：只能被写入 K0 或 K1。 K0：脉冲输出使用 CH0，Y0 输出脉冲信号，Y2 输出方向控制信号。 K1：脉冲输出使用 CH1，Y1 输出脉冲信号，Y3 输出方向控制信号。 ●数据表设置[S]—[S+6]： S 控制代码 S+1 初始启动频率（HZ），范围 K40—K5，000 S+2 脉冲运行频率（HZ），范围 K40—K9，500 S+3 加速/减速时间（ms），范围 K30—K32，767 S+4，S+5 脉冲目标值个数设定，范围 K-8，388，608—8，388，607 S+6 脉冲输出指令表结束，必须写入“K0” 脉冲输出示意图 ●控制代码设定 控制代码设定 3、系统的机械结构 2/7 精品文档，值得拥有 立体仓库的 X、Y 向工作台分别由两个相同的两相八拍混合式步进电机与执行部 件滚珠丝杠相连接，将旋转运动转换为工作台的直线运动，转换关系如下： ，其中 N：PLC 发出的控制脉冲个数 t：丝杠螺纹距 θ：步进电机步距角 n：步进电机驱动器的脉冲细分数 4、软件对应的脉冲控制指令数据表： DT100：控制代码为 H102，固定脉宽、相对控制方式，增量输出； DT101：初始起动频率（HZ），范围在 K40~K5，000； DT102：脉冲运行频率（HZ），范围在 K40~K9，500； DT103：加速/减速时间（ms），范围在 K30~K32，767； DT104、DT105：脉冲目标值个数，范围在 K-8，388，608~K8，388，607； DT106：脉冲输出指令表结束，必须写入“K0”。 四、实验所用仪器 1、TVT-99C 立体仓库模型一套； 2、奔 II 以上计算机一台； 五、实验步骤和方法 1、 熟悉编程环境，输入所编制的程序； 2、接通立体仓库电源、串口通讯线、将程序下载至 PLC 并运行。 六、实验注意事项 经指导教师检查同意后，方可接通电源进行实验操作。 七、实验预习要求 1、 预习 PLC 编程环境，上机前预先将控制程序编制完成； 2、 预习步进电机工作原理。 八、数据处理 1、变化 DT101~DT105 中的数据（至少两组数据），重新运行程序，观察 X、 Y 轴运行情况并记录。 2、参考梯形图 九、实验报告要求 实验报告的主要内容 1、实验目的 2、实验所用仪器 3、实验原理方法简要说明 4、程序清单。 3/7 精品文档，值得拥有 实验二 三坐标工作台控制实验 一、实验目的 1、了解三坐标工作台机械结构及数控工作原理； 2、采用 PLC 编程语言编制控制程序并运行。 二、实验要求 1、通过实验，加深理解学过的理论知识，掌握实验的基本原理。 2、使学生受到必要的专业实验技能训练。 3、要求学生独立思考、独立动手来解决实际问题。 4、学生要学会正确使用仪器设。 5、经指导教师检查同意后，方可接通电源，进行实验。 三、实验原理 立体仓库的组成可分为三大部分： 部分：控制部分，由松下 FP0-C16T 可编程控制器作为主控单元，FP0-E16T 作为扩展单元，存贮空间为 2.7K 步。 第二部分：机械传动部分，是一个典型的三坐标工作台。其中 X、Y 轴机械结构 相同，均由一个步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠来传递运动；Z 轴由直流电机 带动普通丝杠来传递运动。三轴配合，协调运动，从而完成取、送货物的动作过 程。 第三部分：检测与传感部分，检测并告之某个仓位上是否有货物。有，置高电平 “1”，无，置低电平“0”。 立体仓库的使用： 1、输入输出的分配情况 具体输入输出的分配情况见下表： 输入部分 输出部分 X0 Y0 横轴脉冲 X1 Y1 竖轴脉冲 X2 Y2 横轴方向 1/0 X3 Y3 竖轴方向 1/0 X4 货台回位限制 Y4 X5 货台到位限制 Y5 X6 货台是否有物 Y6 货台前升 X7 自动/手动（0/1） Y7 货台退回 X20 十六 X21 进制 X22 输入 键盘值 1 位 键盘值 2 位 键盘值 3 位 Y20 显示 Y21 部分 Y22 就绪 取 放 X23 键盘值 4 位 Y23 十位显示 X24 横轴右限位 X25 横轴左限位 X26 竖轴上限位 Y24 BCD 码 Y25 输出 Y26 显示 BCD 码 1 位 BCD 码 2 位 BCD 码 3 位 X27 竖轴下限位 Y27 注：X40---X4C 为 0 至 12 个仓库的传感器 2、具体操作步骤 （1）﹑熟悉控制面板上的开关及按钮功能及仓位号 BCD 码 4 位 4/7 精品文档，值得拥有 仓库仓位号分布 （2）﹑接通电源。 （3）﹑将选择开关置于手动位置（此时 1～6 号有效）。 （4）﹑分别点动按键 1←﹑2↓﹑3→﹑4↙﹑5↑﹑6↗，观察水平（X 轴）﹑ 垂直（Y 轴）﹑前后(Z 轴)各丝杠运行情况，运行应平稳，在接近极限位置时， 应执行限位保护（运行自动停止）。 （5）﹑用计算机或手持编程器写程序并下装至 PLC。 （6）﹑将选择开关置于自动位置。 （7）﹑将一带托盘汽车模型置零号仓位，放置模型时，入位要准确，并注意到 仓位底部检测开关已动作。 （8）﹑执行送指令 ①选择欲送仓位号，按动仓位对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。 ②按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择仓位内已有汽车，则该指令不被执 行）。 ③ 指令完成后，机械自动返回。 ④ 零号仓位已无汽车，则下一个送指令（误操作）将不被执行。 （9）﹑执行取指令 ① 选择欲取仓位号，按动仓位号，控制面板上的数码管显示仓位号。 ② 按动取指令按钮，观察取动作（若被选择仓位内无汽车，则该指令不被执 行）。 ③ 指令完成后，机械自动复位。 ④ 零号仓位已有汽车，则下一个取指令（误操作），将不被执行。 四、实验所用仪器 1、立体仓库 2、奔Ⅱ以上计算机一台 3、实验连接导线一套 五、实验步骤和方法 1、编制并调试程序 2、联好仪器，接通电源 3、运行程序 六、实验注意事项 调试程序时须拔掉电源 七、实验预习要求 预先编制控制程序再到实验室进行实验上机调试 参考程序清单： 八、数据处理 运行后的程序所走出的轨迹曲线是否在预先设定的范围内。 九、实验报告要求 实验报告，以实验数据和观测到的轨迹曲线为基础，按照实验目的和实验内容要 求认真分析，如有错误要分析原因，不要轻易否定结果，作结论时要尊重实验事 实，后写出实验报告。 实验报告的主要内容 1、实验目的 5/7 精品文档，值得拥有 2、实验用仪器、设、记录规格、型号、数量等 3、实验原理方法简要说明 4、实验程序及实验结果分析，根据实验目的和实验内容，对实验数据和曲线进 行分析，并作出结论。 实验三 简易工业控制实验（小型数控设拆装及控制实验） 一、实验目的 1、通过对双工位工作台流水线、气动加工中心、六自由度机械手等小型数控设 的拆装，掌握其机械结构及组成， 2、通过实验，掌握采用计算机监控技术对小型数控设工作过程进行控制的方 法； 二、实验要求 1、通过实验，加深理解学过的理论知识，掌握实验的基本原理。 2、使学生受到必要的专业实验技能训练。 3、要求学生独立思考、独立动手来解决实际问题。 4、学生要学会正确使用仪器设。 5、经指导教师检查同意后，方可接通电源，进行实验。 三、实验原理 6/7 精品文档，值得拥有 由专用编程软件 LLWin3.03 编制好运行程序后,通过 R232 串行通讯接口对各 种小型数控设上的伺服电机进行速度、方向、行程的控制，通过光电检测反馈 具体位置以及速度信号，从而实现所需的各种轨迹控制。 双工位工作台操作流水线模型 气动加工中心模型 四、实验仪器 1、双工位工作台流水线、气动加工中心、六自由度机械手等 2、奔Ⅱ以上计算机一台 3、实验用连接导线、拆装工具一套 五、实验步骤和方法 1、根据安装手册，将各种设进行组装 2、数控盒、串口线、电源按要求连接，检查无误后，接通电源。 3、打开运行软件，按要求进行轨迹控制。 六、实验注意事项 调试程序时须拔掉电源 七、实验预习要求 预先熟悉小型数控设的工作原理及机械结构；预先将控制程序编制完成，再到 实验室上机调试进行实验。 八、数据处理 认真做好实验记录并分析结果。 九、实验报告要求 实验报告，以实验数据和控制程序为基础，按照实验目的和实验内容要求认真分 析，后写出实验报告。 实验报告的主要内容 1、实验目的 2、实验用仪器、设、记录规格、型号、数量等 3、实验原理方法简要说明 4、实验程序及实验结果分析，根据实验目的和实验内容，对实验数据和现象进 行分析，并作出结论。 7/7
以上信息由无锡惠斯通电机科技有限公司整理编辑，了解更多步进电机,两相步进电机,混合式步进电机信息请访问http://www.huistong.com