科学发展 秘 囱 基于ＰＬＣ的步进电机控制技术 苏福祥 （黑龙江省完达山乳业股份有限公司） 摘要：步进电机是一种先进的设备，其应用的领域比较广，在机电生产行业发挥着重要的应用价值。步进电机在应用的过程中，性能也在不断的完 善，本文对基于ＰＬＥ的步进电机控制技术进行了探讨，希望可以实现步进电机的自动化运行。结合ＰＬＣ的控制原理，相关技术人员 一定要找到最佳的电机 控制方法，这样才能提高生产的效率。 关键词：ＰＬＣ；步进电机；控制技术 步进电机是一种特殊的电动机，其可以将控制脉冲信号转换为直线位 移，这种机电设备有着较多的优点，其具有较强的灵活性，而且性能优量， ３－３步进电机转动方向的控制 步进电机方向的改变是通过调节，步进电机各绕组的通电顺序来改变 在运行时有着较高的可靠性。步进电机在数字加工设备以及自动生产线中 有着良好的应用，在结合ＰＬＣ控制技术后，可以实现对步进电机的控制， 可以利用驱动器对电机进行控制。在结合ＰＬＣ工作原理后，设计人员提高 了步进电机的工作效率，还提高了步进电机的位置定位的准确性。 １步进电机概述 步进电机是一 种新型的机电设备，其研发与应用的时间并不长，该设 备是在２Ｏ世纪６０年代开始流行的，在研发的过程中，技术人员主要是想 替代高昂的电机产品，随着计算机技术的不断发展，步进电机的性能得到 了较大的改善，其应用的范围也越来越广。步进电机有着较大的应用优势， 其可以提供开环位置控制，而且运行的成本比较低，具有较大的经济性 步 进电机采用的是正交方波驱动的方式，其经常被误认为是数字电机，其还 可以模拟产生扭矩，但是由于该设备的阻尼因数比较低，所以对谐振的敏 感度并不高。步进电机在应用的过程中，其缺陷问题得到了弥补，性能也在 不断加强，这种设备由于具有较高的性价比，所以，在制造行业有着广泛的 应用。 ２步进电机的工作原理 步进电机的直线位移或者角位移是通过控制脉冲信号完成的，当控制 系统发生脉冲信号给电机的驱动器时，电机会按照特定的方向进行固定角 度的转动。脉冲信号的频率以及个数控制着步进电机的位移以及转动的速 度，通过控制脉冲个数以及发射的频率，可以有效的控制电机。电机的速度 以及位移情况与脉冲信号的参数有着较大的关系，在额定负载下，电机的 位置不会受到负载大小的影响，通过调整脉冲信号的参数，可以对电机转 动的角度进行控制。 大多数步进电机的线圈是由三相组成的即Ａ、Ｂ、ｃ三相。工作时是靠 不同相轮换通电来完成电机磁场的变化继而实现电机的转动。例如，当Ａ 相通电，其它两相不通电时，根据法拉第磁场定理，齿１与Ａ对齐。以此类 推，给Ｂ相通电时，其它两相不通电时，齿２应与Ｂ对齐，这时转子向右移 过１／３ ，而这时齿３与ｃ偏移为１／３－（－，齿４与Ａ偏移（－Ｃ一１／３ ）＝２／３ 。 当ｃ相通电时，另两相相不通电时，齿３应与ｃ对齐，此时转子又向右移 过１／３ ，此时齿４与Ａ偏移为１／３ 对齐。如Ａ相通电，Ｂ，ｃ相不通电，齿 ４与Ａ对齐，转子又向右移过１／３ 。 ３基于ＰＬＣ的步进电机控制技术 ３．１控制原则 步进电机具有启动频率以及停止频率，当步进电机发出不失步的最高 频率时，可以对电机进行正常启动，而当控制系统发出停止的信号后，步进 电机又会出现停在预定位置的最高频率。电机的参数设定需要考虑其负载 转动的惯量，只有保证参数与负载转动惯性向适应，才能保证电机控制的 准确性。结合ＰＬＣ控制原理，可以对步进电机的性能进行改善，可以对系 统脉冲数量进行适当的调整。在应用ＰＬＣ功能模板时，还要考虑其性价 比，要选择经济适用的功能模块。ＰＬＣ脉冲输出量与脉冲频率有着较大的 关系，ＰＬＣ的位宽也与脉冲的数量有着较大的关系，只有遵循ＰＬＣ控制原 则，才能保证控制的精确性。设计人员一定要了解ＰＬＣ的工作原理，还要 对功能模块进行优化，确定ＰＬＣ高速脉冲输出时最佳的脉冲频率。 ３．２转速控制 电机的转速与驱动器脉冲频率有着较大的关系，如果相邻脉冲的间隔 发生变化，则控制的时序也会改变。电机绕组的速率会影响电机转动的速 度，为了控制步进电机的转速，相关工作人员需要调节输入脉冲的速率，这 可以保证步进电机的速度保持恒定的状态。 黔１２２ 的，例如以三相单三拍步进电机为例，当其线圈的通电时序为Ａ—Ｂ—Ｃ时电 机正转；当绕组的通电顺序为Ａ—Ｃ—Ｂ顺序时电机反转。 ３－４步数控制 步进电机的角位移与输给驱动器的脉冲的数量成正比，脉冲越多则电 机位移越大。因此可以根据步进电机的输出位移量确定ＰＬＣ输出的脉冲 个数，即可实现对步进电机的步数控制。 ｎ＝ＡＩＪ８ 式中△Ｌ为步进电机的输出位移量（ｍｍ），８为机构的脉冲当量（ｍｍ／脉 冲）。 ４ ＰＬＣ控制步进电机所要面临的问题 多数步进电机采用双凸极设计，转子和定子结构上均有齿。如同 ＢＬＤＣ或ＰＭＳＭ电机，永久磁性位于转予上，电磁包含在定子中。多数设计 包含２个定子相位，由正交相位信号驱动。驱动这些相位有许多方法， 包括全步进、半步进或微步进，取决于使用的控制技术。每种情况卜都会确 定子磁通矢量，转子上的磁性将尝试与该矢量保持一致。由于转子和定子 的齿数不同，产生的移动或步进可能极小。对齐之后，定子电流立即按这种 方式发生变化，以增加定子磁通矢量角度，从而使电机移动到下…个步进。 某些应用需要定子电流来完全更改每个步进的极性，与定子线圈关联 的电感通常会阻止这种变化，电流达到新水平需要一段时间。步频较高时， 电流再次变化之前可能无法完全达到稳定状态值。因此，驱动相位的电压 必须以更快的速度增加，以使电流变化更快。但最终会达到增益递减点，此 时就无法再进行高速运行。为了消除这些问题，步进绕线通常使用正弦波 形驱动，而非方波。在微步进应用中驱动步进的一种常用方法是，将每个线 圈置于单独的Ｈ桥电路中，然后利用处理器中的ＰＷＭ调节正弦波形。但 设计者必须记住，增加步进分辨率不一定会增加步进精度。步进电机本身 的不足给ＰＬＣ控制电机系统的设计带来很多的难题，需要以后逐步的克 服。 结束语 步进电机是一种先进的仪器，本文对这种设备的工作原理进行了介 绍，还对基于ＰＬＣ的步进电机控制技术进行了分析，提高了利用ＰＬＣ控制 步进电机的方法，希望对相关工作人员提供一定帮助，促进步进电机在更 多的领域进行应用。步进电机在应用的过程中，其性能越来越完善，这提高 了步进电机的性能，也提高了步进电机的工作效率，在制造行业生产系统 的应用中，发挥了较大的作用。结合ＰＬＣ控制技术，可以对步进电机的改 造提供重要的指导，这可以保证步进电机在各个生产系统中』 泛的应用， 有利于实现电机的自动化运行。一 参考文献 …令朝霞．基于单片机的遥控步进电机控制的设计『ＪＩ．自动化技术与应 用，２０１２（４）． ｆ２１张军，葛悦，刘超．一种高效的两相步进电机控制技术ＩＪ１．计算机测量 与控制，２０１２（８）． 【３】张立成，黄宇科，陈金勇，王嘉宁，朱兰斌．电子套结缝纫机步进电机 控制方案分析与研究ｆＪ１．机电产品开发与创新，２０１３（２）．
