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1、1、绪论1.1引言步进电机是一种将电脉冲信号转变成角位移量或直线位移量的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比,其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比,其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序,便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能,其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成,且可获得较高的控制精度,因而广泛应用于要求精密定位的旋转或线性运动控制系统.例如:数控机床、绘图机、轧钢机自动控制、检测仪表等。可编程控制器(Programmable
2、LogicController,通常称PLC)是适应工业环境,简单易懂,操作方便,可靠性高的新一代通用工业控制装置。有人将其称为现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人、CADCAM)之一,在很多自动控制系统中都是由PLC来控制步进电机,它能够完成较精确的位置控制。利用PLC控制步进电机,其脉冲分配可以由软件实现,也可由硬件组成。PLC的应用和普及对于步进电机应用技术的发展有着十分重要的意义.步进电机与微处理器的结合将使其应用更为合理而高效。PLC控制步进电机代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。1.2步进电机概述步进电机又称脉冲电机或阶跃电机,是数字控制系
3、统中的一种执行元件,其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移。步进电机的机理是基于最基本的电磁铁作用,可简单定义为,根据输入的脉冲信号,每改变一次励磁状态就前进一定角度或长度,若不改变励磁状态则保持一定位置而静止的电机。从广义上讲,步进电机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电机,也可看作是一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电机。1.2.1步进电机控制系统的组成步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度称为“步距角”24，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个
4、数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。1.2.2步进电机几种典型控制系统的结构步进电机的控制和驱动方法很多，按照使用的控制装置来分可以分为:普通集成电路控制、单片机控制、工业控制机控制、可编程控制器控制等几种;按照控制结构可分为:硬脉冲生成器硬脉冲分配器结构(硬一硬结构)、软脉冲生成器软脉冲分配器结构(软一软结构)、软脉成生成器硬脉冲分配器结构(软一硬结构)。(1)硬—硬结构：如图1所示，这
5、种步进电机的控制驱动系统由硬件电路脉冲生成器、硬件电路脉冲分配器、驱动器组成。这种控制驱动方式运行速度比较快，但是电路复杂，功能单一。步进电机驱动器硬脉冲分配器硬脉冲生成器图1硬硬结构的步进电机控制系统框图(2)软—软结构：如图2所示，这种步进电机的控制驱动系统由软件程序脉冲生成器、软件程序脉冲分配器、驱动器组成，而软件脉冲生成器和脉冲分配器都由微处理器或微控制器通过编程实现。用单片机、工业控制机、普通个人计算机、可编程序控制器控制步进电机一般均可采用这种结构。这种控制驱动方法电路结构简单、可以实现复杂的功能，但是占用CPU时间多，给微处理器运行其他工作造成困难。单片机系
6、统、可编程控制器、工控机等步进电机驱动器软脉冲生成器软脉冲分配器图2软软结构的步进电机控制系统框图(3)软—硬结构：24如图3所示，这种步进电机的控制驱动系统由软件脉冲生成器、硬件脉冲分配器和硬件驱动器组成。硬件脉冲分配器是通过脉冲分配器芯片(如8713芯片)来实现通电换相控制的。这种控制驱动方法电路结构简单、可以实现复杂的功能，同时占用CPU时间较少。单片机系统、可编程控制器、工控机等步进电机驱动器硬脉冲分配器软脉冲生成器图3软硬结构的步进电机控制系统框图1.2.3步进电机发展概况（1）继续沿着小型化的方向发展。（2）对步进电机进行综合设计。（3）向五相和三相电机方向发
7、展。目前广泛应用的二相和四相步进电机，其振动和噪声较大，而五相和三相步进电机具有优势性。而就这两种步进电机而言，五相步进电机的驱动电路比三相步进电机复杂，因此三相步进电机系统的性能价格比要比五相步进电机更好一些。1.3可编程控制器(PLC)概述PLC以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点被广泛应用于工业自动控制。PLC实质上是一种工业控制专用计算机,其系统的组成与微机基本相同,一般由五个部分组成：中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口电路、编程单元和
