外文翻译。步进电机和伺服电机的系统控制

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外文翻译。步进电机和伺服电机的系统控制

Step Motor&Servo Motor Systems and Controls

Motion Architect? Software Does the Work for You... Configure ,Diagnose, Debug Compumotor’s Motion Architect is a Microsoft? Windows?-based software development tool for 6000Series products that allows you to automatically generate commented setup code, edit and execute motion control programs, and create a custom operator test panel. The heart of Motion Architect is the shell, which provides an integrated environment to access the following modules.

? System Con figurator—This module prompts you to fill in all pertinent set-up information to initiate motion. Configurable to the specific 6000 Series product that is selected, the information is then used to generate actual 6000-language code that is the beginning of your program.

? Program Editor—This module allows you to edit code. It also has the commands available through “Help” menus. A user’s guide is provided on disk.

? Terminal Emulator—This module allows you to interact directly with the 6000 product. “Help” is again available with all commands and their definitions available for reference. ? Test Panel—You can simulate your programs, debug programs, and check for program flow using this module.

Motion Architect? has been designed for use with all 6000 Series products—for both servo and stepper technologies. The versatility of Windows and the 6000 Series language allow you to solve applications ranging from the very simple to the complex.

Motion Architect comes standard with each of the 6000 Series products and is a tool that makes using these controllers even more simple—shortening the project development time considerably. A value-added feature of Motion Architect, when used with the 6000 Servo Controllers, is its tuning aide. This additional module allows you to graphically display a variety of move parameters and see how these parameters change based on tuning values.

Using Motion Architect, you can open multiple windows at once. For example, both the Program Editor and Terminal Emulator windows can be opened to run the program, get information, and then make changes to the program.

On-line help is available throughout Motion Architect, including interactive access to the contents of the Compumotor 6000 Series Software Reference Guide.

SOLVING APPLICATIONS FROM SIMPLE TO

COMPLEX

Servo Control is Yours with Servo Tuner Software

Compumotor combines the 6000 Series servo controllers with Servo Tuner software. The Servo Tuner is an add-on module that expands and enhances the capabilities of Motion Architect?.

Motion Architect and the Servo Tuner combine to provide graphical feedback of

real-time motion information and provide an easy environment for setting tuning gains and related systemparameters as well as providing file operations to save and recall tuning sessions.

Draw Your Own Motion Control Solutions with Motion Toolbox Software Motion Toolbox? is an extensive library of LabVIEW? virtual instruments (VIs) for icon-based programming of Compumotor’s 6000 Series motion controllers.

When using Motion Toolbox with LabVIEW, programming of the 6000 Series controller is accomplished by linking graphic icons, or VIs, together to form a block diagram. Motion Toolbox’s has a library of more than 150 command,status, and example VIs. All command and status VIs include LabVIEW source diagrams so you can modify them, if necessary, to suit your particular needs. Motion Toolbox als user manual to help you gut up and running quickly.

comprehensiveM Software for Computer-Aided Motion Applications CompuCAM is a Windows-based programming package that imports geometry from CAD programs, plotter files, or NC programs and generates 6000 code compatible with Compumotor’s 6000 Series motion controllers. Available for purchase from Compumotor, CompuCAM is an add-on module which is invoked as a utility from the menu bar of Motion Architect.

From CompuCAM, run your CAD software package. Once a drawing is created, save it as either a DXF file, HP-GL plot file or G-code NC program. This geometry is then imported into CompuCAM where the 6000 code is generated. After generating the program, you may use Motion Architect functions such as editing or downloading the code for execution.

Motion Builder Software for Easy Programming of the 6000 Series

Motion Builder revolutionizes motion control programming. This innovative software allows programmers to program in a way they are familiar with—a flowchart-style method. Motion Builder decreases the learning curve and makes motion control programming easy.

Motion Builder is a Microsoft Windows-based graphical development environment which allows expert and novice programmers to easily program the 6000 Series products without learning a new programming language. Simply drag and drop visual icons that represent the motion functions you want to perform.

Motion Builder is a complete application development environment. In addition to visually programming the 6000 Series products, users may configure, debug, download, and execute the motion program.

SERVO VERSUS STEPPER... WHAT YOU NEED TO

KNOW

Motor Types and Their Applications

The following section will give you some idea of the applications that are particularly appropriate for each motor type, together with certain applications that are best avoided. It should be stressed that there is a wide range of applications which can be equally well met by more than one motor type, and the choice will tend to be dictated by customer preference, previous experience or compatibility with existing equipment.

A helpful tool for selecting the proper motor for your applicat ion is Compumotor’s Motor Sizing and Selection software package. Using this software, users can easily identify the appropriate motor size and type.

High torque, low speed

continuous duty applications are appropriate to the step motor. At low speeds it is very efficient in terms of torque output relative to both size and input power. Microstepping can be used to improve smoothness in lowspeed applications such as a metering pump drive for very accurate flow control.

High torque, high speed

continuous duty applications suit the servo motor, and in fact a step motor should be avoided in such applications because the high-speed losses can cause excessive motor heating.

Short, rapid, repetitive moves

are the natural domain of the stepper due to its high torque at low speeds, good

torque-to-inertia ratio and lack of commutation problems. The brushes of the DC motor can limit its potential for frequent starts, stops and direction changes.

Low speed, high smoothness application s

are appropriate for microstepping or direct drive servos.

Applications in hazardous environments

or in a vacuum may not be able to use a brushed motor. Either a stepper or a brushless motor is called for, depending on the demands of the load. Bear in mind that heat dissipation may be a problem in a vacuum when the loads are excessive. SELECTING THE MOTOR THAT SUITS YOUR APPLICATION Introduction

Motion control, in its widest sense, could relate to anything from a welding robot to the hydraulic system in a mobile crane. In the field of Electronic Motion Control, we are primarily concerned with systems falling within a limited power range, typically up to about 10HP (7KW), and requiring precision in one or more aspects. This may involve accurate control of distance or speed, very often both, and sometimes other parameters such as torque or acceleration rate. In the case of the two examples given, the welding

robot requires precise control of both speed and distance; the crane hydraulic system uses the driver as the feedback system so its accuracy varies with the skill of the operator. This wouldn’t be considered a motion control system in the strict sense of the term.Our standard motion control system consists of three basic elements:

Fig. 1 Elements of motion control system

The motor. This may be a stepper motor (either rotary or linear), a DC brush motor or a brushless servo motor. The motor needs to be fitted with some kind of feedback device unless it is a stepper motor.

Fig. 2 shows a system complete with feedback to control motor speed. Such a system is known as a closed-loop velocity servo system.

Fig. 2 Typical closed loop (velocity) servo system

The drive. This is an electronic power amplifier thatdelivers the power to operate the motor in response to low-level control signals. In general, the drive will be specifically designed to operate with a particular motor type –you can’t use a stepper drive to operate a DC brush motor, for instance.

Application Areas of Motor Types

Stepper Motors

Stepper Motor Benefits

Stepper motors have the following benefits:

? Low cost

? Ruggedness

? Simplicity in construction

? High reliability

? No maintenance

? Wide acceptance

? No tweaking to stabilize

? No feedback components are needed

? They work in just about any environment

? Inherently more failsafe than servo motors.

There is virtually no conceivable failure within the stepper drive module that could cause the motor to run away. Stepper motors are simple to drive and control in an open-loop configuration. They only require four leads. They provide excellent torque at low speeds, up to 5 times the continuous torque of a brush motor of the same frame size or double the torque of the equivalent brushless motor. This often eliminates the need for a gearbox. A stepper-driven-system is inherently stiff, with known limits to the dynamic position error.

Stepper Motor Disadvantages

Stepper motors have the following disadvantages:

? Resonance effects and relatively long settling

times

? Rough performance at low speed unless a

microstep drive is used

? Liability to undetected position loss as a result of

operating open-loop

? They consume current regardless of load

conditions and therefore tend to run hot

? Losses at speed are relatively high and can cause

excessive heating, and they are frequently noisy

(especially at high speeds).

? They can exhibit lag-lead oscillation, which is

difficult to damp. There is a limit to their available

size, and positioning accuracy relies on the

mechanics (e.g., ballscrew accuracy). Many of

these drawbacks can be overcome by the use of

a closed-loop control scheme.

Note: The Compumotor Zeta Series minimizes or

reduces many of these different stepper motor disadvantages.

There are three main stepper motor types:

? Permanent Magnet (P.M.) Motors

? Variable Reluctance (V.R.) Motors

? Hybrid Motors

When the motor is driven in its full-step mode, energizing two windings or “phases” at a time (see Fig. 1.8), the torque available on each step will be the same (subject to very small variations in the motor and drive characteristics). In the half-step mode, we are alternately energizing two phases and then only one as shown in Fig. 1.9. Assuming the drive delivers the same winding current in each case, this will cause greater torque to be produced when there are two windings energized. In other words, alternate steps will be strong and weak. This does not represent a major deterrent to motor performance—the available torque is obviously limited by the weaker step, but there will be a significant improvement in low-speed smoothness over the full-step mode.

Clearly, we would like to produce approximately equal torque on every step, and this

torque should be at the level of the stronger step. We can achieve this by using a higher current level when there is only one winding energized. This does not over dissipate the motor because the manufacturer’s current rating assumes two phases to be energized the current rating is based on the allowable case temperature). With only one phase energized, the same total power will be dissipated if the current is increased by 40%. Using this higher current in the one-phase-on state produces approximately equal torque on alternate steps (see Fig. 1.10).

Fig. 1.8 Full step current, 2-phase on

Fig. 1.9 Half step current

Fig. 1.10 Half step current, profiled

We have seen that energizing both phases with equal currents produces an intermediate step position half-way between the one-phase-on positions. If the two phase currents are unequal, the rotor position will be shifted towards the stronger pole. This effect is utilized in the microstepping drive, which subdivides the basic motor step by proportioning the

current in the two windings. In this way, the step size is reduced and the low-speed smoothness is dramatically improved. High-resolution microstep drives divide the full motor step into as many as 500 microsteps, giving 100,000 steps per revolution. In this situation, the current pattern in the windings closely resembles two sine waves with a 90°phase shift between them (see Fig. 1.11). The motor is now being driven very much as though it is a conventional AC synchronous motor. In fact, the stepper motor can be driven in this way from a 60 Hz-US (50Hz-Europe) sine wave source by including a capacitor in series with one phase. It will rotate at 72 rpm.

Fig. 1.11 Phase currents in microstep mode

Standard 200-Step Hybrid Motor

The standard stepper motor operates in the same way as our simple model, but has a greater number of teeth on the rotor and stator, giving a smaller basic step size. The rotor is in two sections as before, but has 50 teeth on each section. The half-tooth displacement between the two sections is retained. The stator has 8 poles each with 5 teeth, making a total of 40 teeth (see Fig. 1.12).

Fig. 1.12 200-step hybrid motor

If we imagine that a tooth is placed in each of the gaps between the stator poles, there would be a total of 48 teeth, two less than the number of rotor teeth. So if rotor and stator teeth are aligned at 12 o’clock, they will also be aligned at 6 o’clock. At 3 o’clock and 9 o’clock the teeth will be misaligned. However, due to the displacement between the sets of rotor teeth, alignment will occur at 3 o’clock and 9 o’clock at the other end of the rotor.

The windings are arranged in sets of four, and wound such that diametrically-opposite

poles are the same. So referring to Fig. 1.12, the north poles at 12 and 6 o’clock attract the south-pole teeth at the front of the rotor; the south poles at 3 and 9 o’clock attract the north-pole teeth at the back. By switching current to the second set of coils, the stator field pattern rotates through 45°. However, to align with this new field, the rotor only has to turn through 1.8°. This is equivalent to one quarter of a tooth pitch on the rotor, giving 200 full steps per revolution.

Note that there are as many detent positions as there are full steps per rev, normally 200. The detent positions correspond with rotor teeth being fully aligned with stator teeth. When power is applied to a stepper drive, it is usual for it to energize in the “zero phase” state in which there is current in both sets of windings. The resulting rotor position does not correspond with a natural detent position, so an unloaded motor will always move by at least one half step at power-on. Of course, if the system was turned off other than in the zero phase state, or the motor is moved in the meantime, a greater movement may be seen at power-up.

Another point to remember is that for a given current pattern in the windings, there are as many stable positions as there are rotor teeth (50 for a 200-step motor). If a motor is

de-synchronized, the resulting positional error will always be a whole number of rotor teeth or a multiple of 7.2°. A motor cannot “miss” individual steps – position errors of one or two steps must be due to noise, spurious step pulses or a controller fault.

Fig. 2.19 Digital servo drive

Digital Servo Drive Operation

Fig. 2.19 shows the components of a digital drive for a servo motor. All the main control functions are carried out by the microprocessor, which drives a D-to-A convertor to produce an analog torque demand signal. From this point on, the drive is very much like an analog servo amplifier.

Feedback information is derived from an encoder attached to the motor shaft. The encoder generates a pulse stream from which the processor can determine the distance travelled, and by calculating the pulse frequency it is possible to measure velocity.

The digital drive performs the same operations as its analog counterpart, but does so by solving a series of equations. The microprocessor is programmed with a mathematical model (or “algorithm”) of the equivalent analog system. This model predicts the behavior of the system. In response to a given input demand and output position. It also takes into account additional information like the output velocity, the rate of change of the input and the various tuning settings.

To solve all the equations takes a finite amount of time, even with a fast processor – this time is typically between 100ms and 2ms. During this time, the torque demand must remain constant at its previously-calculated value and there will be no response to a change at the input or output. This “update time” therefore becomes a critical factor in the performance of a digital servo and in a high-performance system it must be kept to a minimum.

The tuning of a digital servo is performed either by pushbuttons or by sending numerical data from a computer or terminal. No potentiometer adjustments are involved. The tuning data is used to set various coefficients in the servo algorithm and hence determines the behavior of the system. Even if the tuning is carried out using pushbuttons, the final values can be uploaded to a terminal to allow easy repetition.

In some applications, the load inertia varies between wide limits – think of an arm robot that starts off unloaded and later carries a heavy load at full extension. The change in inertia may well be a factor of 20 or more, and such a change requires that the drive is

re-tuned to maintain stable performance. This is simply achieved by sending the new tuning values at the appropriate point in the operating cycle.

步进电机和伺服电机的系统控制

运动的控制者---软件:只要有了软件,它可以帮助我们配置改装、诊断故障、调试程序等。数控电动机的设计者会是一个微软窗口——基于构件的软件开发工具,可以为6000系列产品设置代码,同时可以控制设计者与执行者的运动节目,并创造一个定制运营商的测试小组。运动建筑师的心脏是一个空壳,它可以为进入以下模块提供一个综合环境。

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6000系列产品的选择,然后这些信息将用于产生实际的6000 - 语言代码,这是你的开始计划。

2.程序编辑器——允许你编辑代码。它也有可行的“帮助”命令菜单。A用户指

南提供了相关的磁盘指南。

3.终端模拟器——本模块,可让您直接与6000系列产品互动。他所提供的“帮

助”是再次参考所有命令和定义。

4.测试小组——你可以使用本模块,模拟程序,调试程序,并跟踪检测程序。

运动建筑师已经将所有的6000系列产品都运用在了步进电机和伺服电机的技术上。由于丰富的对话窗口和6000系列语言,使得你能够从简单到复杂的解决问题。

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数控电机6000系列软件做参考指南。

从简单到复杂的解决应用

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运动执行者软件可轻松编程6000系列

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所熟悉的- 流程图式的方法编程。运动执行者降低了学习曲线,并使运动控制编程变得相当容易。运动执行者是一套微软软件,基于图形化窗口的发展,让专家和新

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环境的软件。除了视觉编程6000 系列产品,用户还可以配置,调试,下载,策划和执行的议案计划。

电机类型及其应用

下一节将会给你介绍一些的适用特别场合的电机,而某些应用是最好避免。应当强调说,在一个广范的应用范围,电机是可同样满足一个以上的汽车类型,而选择往往是由客户偏好、以往经验或与现有的设备的兼容性决定的。一个非常有用的工具箱,可供你选择适当的运动,为你选择电机与选择软件包是compumotor软件包。使用这个软件,使用户可以轻松找出适当的电机大小和类型。

高扭矩,低转速

连续脉冲适宜于步进电机时,在低速时,就相对于扭矩输出规模和输入功率而言,它是非常高效率。微步,在低速应用,可以用来提高平滑度。如可作为计量泵驱动非常精确的流量控制。

高扭矩,高转速

连续脉冲适应于伺服电机时,其实步进电机应避免使用在这种情况下。这是因为高速可导致负荷。

简捷,快速,重复性动作

仅是自然域的步进电机由于其在低速时高转矩,因而存在惯性比例大,及缺乏折算的问题。直流电动机的电刷可限制其潜在的频繁开始,停止和方向的改变。

低速,高光滑的应用

这是最适合于微步或直接驱动伺服电机。

适用于危险环境或在真空中可能不能够使用电刷电机。步进或无刷电机是无所谓的,靠的是对负荷的需求。牢记当负载过高时,热耗散可能是个问题。

选择适合你的电机

导言

运动控制,在其最广泛的意义上说,可能与任何移动式起重机中焊接机器人液压系统有关。在电子运动控制领域,我们的主要关切系统范围内的有限功率的大小,通常高达约10hp (7千瓦),并要求在一个或多个方面有严格精密。这可能涉及精确控制的距离或速度,但很多时候是双方的,有时还涉及其它参数如转矩或加速率。在以下所举的两个例子中,焊接机器人,需要精确的控制双方的速度和距离;吊臂液压系统采用驱动作为反馈系统,因此,它的准确度会随着操作者的技能的不同而不同。在严格意义上来说,这将不会被视为一项运动控制系统。我们的标准运动控制系统由以下三个基本要素组成:

图1运动控制系统的组成元件

混合式步进直流

伺服无刷电机电机,可能是一个步进电机(要么旋转或线性),也可能是直流无刷电机或无刷伺服马达。电机必须配备一些种回馈装置,除非它是一个步进电机。

图2显示了一个完善地反馈控制电机转速的系统。这样一个具有闭环控制系统的速度伺服系统。

图2典型的闭环(速度)伺服系统

转速表

电压反馈

驱动器是一个电子功率放大器,以提供电力操作电动机来回应低层次的控制信号。一般来说,驱动器将特别设计,其操作与特定电机类型相配合。例如,你不能用一个步进驱动器来操作直流无刷电机。

不同电机适应的不同领域

步进电机:

步进电机的好处。

步进电机有以下好处:

(1)成本低廉(2)坚固耐用(3)结构简单(4)高可靠性(5)无维修(6)适用广泛(7)稳定性很高(8)无需反馈元件(8)适应多种工作环境(9)相对伺服电机更具有保险性。

因此,几乎没有任何可以想象的失败使步进驱动模块出错。步进电机驱动简单,并且驱动和控制在一个开放的闭环系统内。他们只需要4个驱动器。低速时,驱动器提供良好的扭矩,是有刷电机同一帧大小5倍连续力距,或相当于无刷电机一倍扭矩。这往往不再需要变速箱。步进驱动系统迟缓,在限定的范围内,可以更好的减少动态位置误差。

步进电机弊端。

步进电机有下列缺点:

(1)共振效应和相对长的适应性(2)在低速,表现粗糙,除非微驱动器来驱动(3)开环系统可能导致未被查觉的损失(4)由于过载,他们消耗过多电流。因此倾向于过热运行。(5)亏损速度比较高,并可产生过多热量因此,他们噪音很大(尤其是在高速下)。(6)他们的滞后现象导致振荡,这是很难抑制的。对他们的可行性,这儿有一个限度,而他们的大小,定位精度主要依靠的是机器(例如,滚珠丝杠的精确度)。许多这些缺点是可以克服的,通过使用一个闭环控制方案。

注:compumotor系列能很多的减小或降低了这些不同的步进电机不利之处。

主要有3类步进电机:(1)永磁式步进电机,(2)可变磁阻式步进电动机,(3)混合式步进电机汽车。

当电动机驱动,在其全步模式,给两个绕组通电时或"2相"通电的时候(见图1.8 ),扭矩可于每一个步将是相同(除极少数的变异和传动特性)。在半步模式下,我们交替改变两相电流,如图1.9所示。假设该驱动器在每种情况下提供了相同的绕组电流,再通电时,这将导致更大的转矩。换句话说,交替的步进距将时强时若。对电动机表现来说,这并不代表着一个重大的威慑。扭矩明显受制于较弱的一步,但在全步模式时,低速平滑有一个显着的改善。

显然,我们想在每一个步骤实现约相等扭矩对时,这扭矩应该在水平较强的一步。们可以实现这个,当只有一个绕组通电时,通过用高电流水平。这并不过度消

耗电机,因为该电机的额定电流假定两个阶段被激活(目前的评级是基于许可的情况温度)。只有一相通电,如果目前是增加了40 %的功率,同样的总功率将会消散。利用这种更高的电流在一相中产生大致相等的扭矩,在交替的步进距中。(见图1.10 )

图1.8 图1.9 图1.10

我们已经看到,给两相都通与平等电流产生的一个中间步进,居于每一相的中

间位置。如果两相电流是不平等的,转子位置将转向更强的一极。这种作用是利用细

分驱动,其中细分的大小基于两个绕组中的电流的大小。以这种方式,步长是减少了,而低速平滑度得到大幅度提高。高细分驱动电动机细分整步步进到多达500 个细分

步,转一圈可细分十万步。在这种情况下,绕组中的电流极为相似的两个正弦波有90 °相移。(图1.11 )电机被驱动好像转换成了交流同步电机。事实上,步进电机可被驱动,从60赫兹美(50赫兹-欧洲)正弦波源头起,包括电容器系列的一相。它将旋转

72转。

图1.11步进电机的相电流

标准200步混合电机

标准步进电机运行在同就如同我们的简单模式,但有一个更大的数目齿数在转子和定子中,从而有了一个较小的基本步长。转子有2部分,但每部分有50个齿。

该半齿位于两部分之间。定子每5个齿有8个极,完整的共有40个齿(见图1.12 )图1.12 200步混合标准电机

如果我们想象一个齿,是摆在2个定子极点每一齿隙中,假设定子共有48个齿,少于转子齿数两个。因此,如果转子和定子的齿排列一整圈,他们同样也可以排列

半圈。1/4和3/4圈也同样可以排列。然而,由于转子齿排列位置,在另一端的转子,排列将发生在1/4和3/4位置处。

绕组4个一组,并对角线方向的极性相反。如图1.12所示,北极在转子前面的12点和6点位置,吸引着在在背面3时和9时的南极。通过开关第二组线圈的电流,定子场模式旋转45 °。不过,要配合这个新的领域,转子只转过1.8 °。相当于转子,这只转过了四分之一齿间距,每一次旋转要200个全步。

注意到,每一次旋转全部时这儿有很多定位点位置,通常是200个。该定位点的位置与转子齿全面接轨定子齿时相对应。当通电给步进驱动器时,它通常是"零阶段"状态时最活跃,也就是两套绕组都通电。因此产生的转子位置并不符合转子自然定位点的位置。因此,空载时,一旦通电电机将至少步进半步。当然,如果系统关机,或在零相位位置,电机一旦通电将步进一大步。

另一点要注意的是,对于一个给定电流的绕组,有很多稳定的位置,正如转子齿(200步进电机有50个齿)。如果电机是同步电机,导致位置误差将永远是一个整体倍转子齿或能被7.2 °整除。电机不能"细分",如个别一个或两个位置误差,是由于噪声,错误脉冲或控制器故障造成的。

图2.19数字伺服驱动

图2.19显示为伺服电机的数控驱动。所有的主控制功能是微处理器,驱动为D A模拟转换器,以产生一个模拟扭矩需求信号。从这个角度上,这台机器非常很像一个模拟伺服放大器。

反馈的信息是来自隶属该电机轴的一个编码器。编码器生成脉冲流可确定传输路程,并通过计算脉冲频率,是可以测定转速的。

数码驱动通过求解一系列的方程式,履行同样类似的功能。微处理器是与数学模型(或“算法" )的等效的编程模拟系统。这模型预测系统的行为。它响应一个给定输入的信号并产生速度。它同样也考虑到额外信息如输出速度,速率转变中的投入和各种调校设定。

解决所有方程需数额需有限的时间,即使是一个快速的处理器一次处理通常也是100 ms和2 ms之间。在此之间,在改变输入或输出,先前的计算值将有没有回应时,扭矩要求必须保持恒定。因此更新时间成为数字伺服和一台高性能系统关键的因素,它必须保持及时更新。

调试数字伺服电机可按钮或从一个计算机或终端调试。电位器调整是涉及的。调试数据是设置在伺服算法的各种系数,因此,它决定了系统的性能。即使如果调谐进行使用按钮,终值也可以上传到终端,让其进行简单的重复。

在某些应用中,因负载惯量各异,例如一个机器手臂卸载后又带有沉重的负荷。改变惯性可能是一个系数为20或以上,而这样的变化需要该驱动器重新调整,以保持其稳定。这只不过是在操作系统的适当点通过发送新的调试参数来实现的。

步进电机控制系统

目录 一、设计任务: (2) 二、步进电机概述: (2) 三、题目分析与整体构思: (4) 四、硬件电路设计: (7) 五、硬件验证: (10) 六、程序设计: (10) 七、系统仿真: (15) 八、感应子式步进电机工作原理: (17) 九、心得体会: (24) 参考文献: (25)

一、系统设计要求 步进电机作为一种电脉冲—角位移的转换元件,由于具有价格低廉、易于控、制、无积累误差和计算机接口方面等优点,在机械、仪表、工业控制等领域中获得了广泛的应用。本设计的具体要求是: 1. 设计制作一个步进电机控制电路,可以细分驱动和常规驱动。 2. 常规驱动状态转速四档可调并可实现正反转。 二、步进电机概述 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”),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。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。 永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度。 反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为 1.5度,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为 1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛,也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。 (一)步进电机的一些基本参数: 1.电机固有步距角: 电机固有步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°,整步工作时为1.8°),这个步距角可以称之为“电机固有步距角”,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。 2.步进电机的相数: 步进电机的相数是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,它们的步距角也不同,一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°

自动化系毕业设计外文翻译(中英文对照)

吉林化工学院信息与控制工程学院 毕业设计外文翻译 基于WINCC自动洗车监控系统设计 Design of Automatic Vehicle Cleaning Simulation System Based on WinCC 学生学号:08510234 学生姓名:李洪敏 专业班级:自动0904 指导教师:姜德龙 职称:教授 起止日期:2013.03.04~2013.03.19 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology

一个成功的控制系统革新的策略 ——在升级的时候考虑这些指导方针 用最近的最新颖的系统升级一个主要的传统类型的控制系统是任何过程工业得到竞争力的关键。改良任何的系统主要目的是为了要有适当的连接性和互通性来增加灵活性和连续性的功能。 在这里提供的指导方针向指出了在一个如此富有挑战性的工程后面的主要问题。为了及时的和有成本效益的完成,要从概念上的计划上跟随它们。这些建议考虑了限制、假定和附加的研究来解决在整个工程中的一步步活动:设计、采购、构造和委任期间的全部预期问题。 为控制系统升级的需要。当升级一个传统的控制系统为一个集散控制系统(DCS)的时候,目标是: ●提供基于高度的分配机器智能的一个复杂的过程控制系统,供应有效的控 制和包罗万象的操作员接口。 ●保证那在低消耗下具有实时操作的新的集散控制系统(DCS)的高可靠性。 ●保证对工厂操作所必需的数据获取和程序数据设置的快速响应。有与任何 其他的最新颖的系统兼容的开放式结构。这允许过程控制和自动化系统整 合的最高程度,这些自动化系统有一个对各种厂商独立的并且公开分配的 接口的规格。 ●通过对工厂的关键区段/叁数的管理控制来提供工厂自动化。 ●可行性研究应该应该在升级现存的控制系统到集散控制系统(DCS)之前被 实行。所有的理由,无论是系统的、一些装置的或元件的,都要被证明。目 的包括: ●执行基于预先准备的关于对现存系统的恶化和荒废的报告的可行性研究。 ●检查现存的控制系统的线路板的寿命。它被通常估计从安装日期起是大约 15年。这可能造成依照每个控制/检测回路的临界一步步替换线路板的紧急 计划。 ●升级控制系统是艺术级的。通过有一个减少了硬件成份的高度可靠的系统, 丢弃陈旧的仪器,将会减少维护和操作的费用。 ●通过包括较多的厂商和征求最好的提议用最小的价格达成全部的需求。

四相步进电机控制系统设计资料讲解

四相步进电机控制系 统设计

课题:四相五线单4拍步进制电动机的正反转控制专业:机械电子工程 班级:2班 学号: 20110259 姓名:周后银 指导教师:李立成 设计日期: 2014.6.9~2014.6.20 成绩:

1概述 本实验旨在通过控制STC89C52芯片,实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转10s、反转10s,连续运行1分钟,并用1602液晶显示屏显示出来。 具体工作过程是:给系统上电后,按下启动开关,步进电机按照预先 实验具体用到的仪器:STC89C52芯片、开关单元、四项步进电机、等硬件设 备。 实验具体电路单元有:单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路、1602液晶显示屏显示电路。 2四相步进电机 2.1步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。 2.2步进电机的控制 1.换相顺序控制:通电换相这一过程称为脉冲分配。 2.控制步进电机的转向控制:如果给定工作方式正序换相通电,步进 电机正转,如果按反序通电换相,则电机就反转。

3.控制步进电机的速度控制:如果给步进电机发一个控制脉冲,它就 转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。 2.3步进电机的驱动模块 ABCD四相工作指示灯指示四相五线步进电机的工作状态 2.4步进电机的工作过程 开关SB接通电源,SA、SC、SD断开,B相磁极和转子0、3号齿对齐,同时,转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿,2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源,SB、SA、SD断开时,由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用,使转子转动, 1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿,

控制系统基础论文中英文资料外文翻译文献

控制系统基础论文中英文资料外文翻译文献 文献翻译 原文: Numerical Control One of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC).Prior to the advent of NC, all machine tools were manual operated and controlled. Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product is directly related to and limited to the skills of the operator . Numerical control represents the first major step away from human control of machine tools. Numerical control means the control of machine tools and other manufacturing systems though the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool, For a machine tool to be numerically controlled , it must be interfaced with a device for accepting and decoding the p2ogrammed instructions, known as a reader. Numerical control was developed to overcome the limitation of human operator , and it has done so . Numerical control machines are more accurate than manually operated machines , they can produce parts more uniformly , they are faster, and the long-run tooling costs are lower . The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology: 1.Electrical discharge machining. https://www.360docs.net/doc/1416750282.html,ser cutting. 3.Electron beam welding.

集散控制系统

直接数字控制系统 现场总线控制系统 实时控制 传输速率 计算机控制系统 集散控制系统 现场总线 组态 串行传输 通信协议 监督计算机控制系统 分级控制系统 模拟通信 数字通信 并行传输 开放系统互连参考模型 数字滤波: 实时 三、单项选择题 1. TDC3000系统进行NCF组态时,每个系统可以定义()个单元。 (A)24 (B)100 (C)36 (D)64 2. TDC3000系统进行NCF组态时,每个系统可以定义()个区域。 (A)24 (B)10 (C)36 (D)64 3. TDC3000系统运行中,HM 如出现故障,可能会影响()。

(A) 控制功能运行 (B) 流程图操作 (C) 键盘按键操作 (D) 以上3种情况都有 4. TDC3000系统运行中,在HM 不可以进行如下操作()。 (A) 格式化卡盘 (B) 流程图文件复制 (C) 删除系统文件 (D) 删除用户文件 5. TDC3000系统中,HPMM 主要完成以下功能()。 (A) 控制处理和通讯 (B) 控制点运算 (C) 数据采集处理 (D) 逻辑控制 6. TDC3000系统中,每个HPM 可以有()卡笼箱。 (A) 8个 (B) 6个 (C) 3个 (D) 没有数量限制 7. TDC3000系统中,当IOP卡件(如AI卡)的状态指示灯闪烁时,表示此卡件存在()。 (A) 通信故障 (B) 现场输入/输出参数超量程报警(C) 软故障(D) 硬件故障 8. TDC3000系统中,若有一组AO卡为冗余配置,当其中一个AO卡状态指示灯灭时,其对应FTA 的输出应为()。 (A) 输出为100,对应现场为20mA (B) 正常通信 (C) 输出为设定的安全值 (D) 输出为0,对应现 场为4mA 9.TDC3000系统中,HLAI为高电平模拟量输入卡,不可以接收()信号。 (A) 24VDC信号(B) 4-20mA信号(C) 1-5V信号 (D) 0-100mv信号 10. TDC3000系统中,若有一组DI卡为冗余配置,则其对应的FTA应为()。 (A) 不冗余配置(B) 冗余配置(C) 由工艺重要性确定是否冗余配置 (D) 由控制工程师确定是否冗 余配置 11. TDC3000/TPS系统中,每个LCN系统可以定义()个AREA区域。 (A) 36 (B) 100 (C) 20 (D) 10 12.TDC3000/TPS系统中,操作员的操作权限是通过()的划分来限制的。 (A) UNIT单元(B) HPM硬件 (C) AREA区域 (D) 由工艺流程岗位 13. TDC3000/TPS系统中,每个AREA区域可以定义()个操作组。 (A) 390 (B) 400 (C) 450 (D) 20 14. TDC3000/TPS系统中,操作员在操作组画面上不可以进行下列()操作。

基于单片机的步进电机控制系统设计外文翻译

毕业设计(论文)外文资料翻译 学院:机械工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 姓名: 学号:XXXXXXXXXX 外文出处:《Computational Intelligence and (用外文写)Design》 附件: 1.外文资料翻译译文;2.外文原文。 注:请将该封面与附件装订成册。

附件1:外文资料翻译译文 基于微型计算机的步进电机控制系统设计 孟天星余兰兰 山东理工大学电子与电气工程学院 山东省淄博市 摘要 本文详细地介绍了一种以AT89C51为核心的步进电机控制系统。该系统设计包括硬件设计、软件设计和电路设计。电路设计模块包括键盘输入模块、LED显示模块、发光二极管状态显示和报警模块。按键可以输入设定步进电机的启停、转速、转向,改变转速、转向等的状态参数。通过键盘输入的状态参数来控制步进电机的步进位置和步进速度进而驱动负载执行预订的工作。运用显示电路来显示步进电机的输入数据和运行状态。AT89C51单片机通过指令系统和编译程序来执行软件部分。通过反馈检测模块,该系统可以很好地完成上述功能。 关键词:步进电机,AT89C51单片机,驱动器,速度控制 1概述 步进电机因为具有较高的精度而被广泛地应用于运动控制系统,例如机器人、打印机、软盘驱动机、绘图仪、机械式阀体等等。过去传统的步进电机控制电路和驱动电路设计方法通常都极为复杂,由成本很高而且实用性很差的电器元件组成。结合微型计算机技术和软件编程技术的设计方法成功地避免了设计大量复杂的电路,降低了使用元件的成本,使步进电机的应用更广泛更灵活。本文步进电机控制系统是基于AT89C51单片机进行设计的,它具有电路简单、结构紧凑的特点,能进行加减速,转向和角度控制。它仅仅需要修改控制程序就可以对各种不同型号的步进电机进行控制而不需要改变硬件电路,所以它具有很广泛的应用领域。 2设计方案 该系统以AT89C51单片机为核心来控制步进电机。电路设计包括键盘输入电路、LED显示电路、发光二极管显示电路和报警电路,系统原理框图如图1所示。 At89c51单片机的P2口输出控制步进电机速度的时钟脉冲信号和控制步进电机运转方向的高低电平。通过定时程序和延时程序可以控制步进电机的速度和在某一

步进电机控制系统设计

文理学院芙蓉学院课程设计报告 课程名称:专业综合课程设计 专业班级:自动化1001班学号:40 学生:志航 指导教师:建英 完成时间: 2013年 6月13 日 报告成绩: 芙蓉学院教学工作部制

摘要 本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理,分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用,论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理,提出了一种基于H桥和其他分立元件分配脉冲的驱动技术,该方案可实现步进电机的单拍、半拍、双拍三种工作方式。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、液晶显示电路组成,单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。 关键词:单片机;正弦脉宽调制;混合式步进电机;细分驱动

Abstract In this paper, the working principle and configuration of three-phase hybrid Stepper are introduced, then based on technologies such as stepper motor controller, PWM inverter and microcontroller. In the thesis, we develop a single chip computer -based digital controlling system for a three-phase hybrid stepper motor that is mainly constructed from a AT89C51 single chip computer and ST7920IC which is used as the core of control parts. The system's whole architecture, the design of hardware and software are introduced in detail. KEY WORDS: Microcontroller,SPWM,Hybrid stepper motor,Micro-stepping driver

集散控制系统参考文献

[1] MCGS用户指南. 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司[M],2006. [2] MCGS参考手册. 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司[M],2006. [3] 刘建民,陈建军.螺杆式空压机运行及维护技术问答[M].北京:中国电力出版社,2010. [4] 张培友.空压机智能监控节能改造研究[D].济南:山东科技大学硕士学位论文,2004. [5] 包建华,张兴奎. 基于MCGS组态软件的空气压缩机组监控软件开发[J], 2007 [6] 黄中原,刘健. 基于组态王的空压机远程监控系统研究[M].浙江大学,2006 [7] 吉永成. 用PLC对数台空气压缩机的控制[M]. 机械工业出版社,2002 [8] 活塞式压缩机产品介绍,山东生建集团 [9] 螺杆式压缩机产品介绍,北京复盛机械有限公司 [10] 苏娟,叶佳卓,杨贵.一种基于单片机的空气压缩机监控系统[[J] .测控技术与设备,2003, 5(29): 16-17 [11] 王立坤.基于PLC的空压机试验台的研究与开发[D].北京交通大学硕士学位论文,2008 [12] 邢子文.螺杆压缩机—理论、设计及应用「M].北京:机械工业出版社,2000: 1-5 [13] 王迪生,杨乐之.活塞式压缩机结构[M].北京:机械工业出版社,1988: 10-15 [14] 张芳玺,彭学院,张成兵.基于PLC的机车空压机性能测控系统研制[J].压缩机技术,2005年第6期,Pag. l -3 [15] 万毅.矿山空压机站智能监控系统的设计与实现[J].南京理工大学硕士论文,2007 [16]徐少明,金光熹.空气压缩机实用技术.北京:机械工业出版社,1994 [17]廖常初. FX 系统PLC 编程及应用.北京: 机械工业出版社,2007. [18]王兆义,杨新志.小型可编程控制器实用技术. 2 版.北京: 机械工 业出版社,2006. [19] 曹辉《可编程序控制器系统原理及应用》电子工业出版社,2003 [20] 路林吉.江龙康等《可编程序控制器原理及应用》清华大学出版社,2002

基于单片机的步进电机控制系统的设计_毕业设计

本科毕业设计 基于单片机的步进电机控制系统的设计

摘要 随着自动控制系统的发展和对高精度控制的要求,步进电机在自动化控制中扮演着越来越重要的角色,区别于普通的直流电机和交流电机,步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件,是机电一体化的关键组成之一,广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。 本系统介绍了一种基于单片机的步进电机控制系统的设计,包括了硬件设计和软件设计两部分。其中,硬件设计包括单片机最小系统、键盘控制模块、LCD显示模块、步进电机驱动模块、位置检测模块共5个功能模块的设计。系统软件设计采用C语言编写,包括主程序、数字键处理程序、功能键处理程序、电机驱动处理程序、显示模块、位置采集模块。 本设计采用STC89C52单片机作为主控制器,4*4矩阵键盘作为输入,LCD1602液晶作为显示,ULN2003A芯片驱动步进电机。系统具有良好的操作界面,键盘输入步进电机的运行距离;步进电机能以不同的速度运行,可以在不超过最大转速内准确运行到任意设定的位置,可调性较强;显示设定的运行距离和实际运行距离;方便操作者使用。关键词:单片机步进电机液晶显示键盘驱动

Design of the Stepping Motor Control System Based on SCM Qiu Haizhao (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China) Abstract:With the development of automatic control system and the requirements of high-precision control, stepping motor control in automation is playing an increasingly important role, different from the common DC and AC motor, stepper motor rotation angle and rotational speed can be high-precision controlled. Stepper motor as a control actuator is a key component of mechanical and electrical integration, widely used in a variety of automated control systems and precision machinery and other fields. Stepper motor is the open-loop control components changing electric pulse signals into angular displacement or linear displacement .In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned a step angle. This system introduces a design of stepper motor control system based on single chip microcomputer, including hardware design and software design in two parts. Among them, the hardware design, including single chip minimal system, keyboard control module, LCD display module, the stepper motor drive module, position detection module five functional modules. System software design using C language, including the main program, process number keys, the key of function processes, motor driver handler, the display module, position acquisition module. This design uses STC89C52 microcontroller as the main controller, 4 * 4 matrix keyboard as an input, LCD1602 LCD as a display, ULN2003A chip as stepper motor driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running distance; Stepper motor can run at different speed, and run to any given position accurately in any speed without exceeding the maximum speed, with a strong adjustable ; Display the running distance and the actual running distance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LCD keyboard driver

速度控制系统设计外文翻译

译文 流体传动及控制技术已经成为工业自动化的重要技术,是机电一体化技术的核心组成之一。而电液比例控制是该门技术中最具生命力的一个分支。比例元件对介质清洁度要求不高,价廉,所提供的静、动态响应能够满足大部分工业领域的使用要求,在某些方面已经毫不逊色于伺服阀。比例控制技术具有广阔的工业应用前景。但目前在实际工程应用中使用电液比例阀构建闭环控制系统的还不多,其设计理论不够完善,有待进一步的探索,因此,对这种比例闭环控制系统的研究有重要的理论价值和实践意义。本论文以铜电解自动生产线中的主要设备——铣耳机作为研究对象,在分析铣耳机组各构成部件的基础上,首先重点分析了铣耳机的关键零件——铣刀的几何参数、结构及切削性能,并进行了实验。用电液比例方向节流阀、减压阀、直流直线测速传感器等元件设计了电液比例闭环速度控制系统,对铣耳机纵向进给装置的速度进行控制。论文对多个液压阀的复合作用作了理论上的深入分析,着重建立了带压差补偿型的电液比例闭环速度控制系统的数学模型,利用计算机工程软件,研究分析了系统及各个组成环节的静、动态性能,设计了合理的校正器,使设计系统性能更好地满足实际生产需要 水池拖车是做船舶性能试验的基本设备,其作用是拖曳船模或其他模型在试验水池中作匀速运动,以测量速度稳定后的船舶性能相关参数,达到预报和验证船型设计优劣的目的。由于拖车稳速精度直接影响到模型运动速度和试验结果的精度,因而必须配有高精度和抗扰性能良好的车速控制系统,以保证拖车运动的稳速精度。本文完成了对试验水池拖车全数字直流调速控制系统的设计和实现。本文对试验水池拖车工作原理进行了详细的介绍和分析,结合该控制系统性能指标要求,确定采用四台直流电机作为四台车轮的驱动电机。设计了电流环、转速环双闭环的直流调速控制方案,并且采用转矩主从控制模式有效的解决了拖车上四台直流驱动电机理论上的速度同步和负载平衡等问题。由于拖车要经常在轨道上做反复运动,拖动系统必须要采用可逆调速系统,论文中重点研究了逻辑无环流可逆调速系统。大型直流电机调速系统一般采用晶闸管整流技术来实现,本文给出了晶闸管整流装置和直流电机的数学模型,根据此模型分别完成了电流坏和转速环的设计和分析验证。针对该系统中的非线性、时变性和外界扰动等因素,本文将模糊控制和PI控制相结合,设计了模糊自整定PI控制器,并给出了模糊控制的查询表。本文在系统基本构成及工程实现中,介绍了西门子公司生产的SIMOREGDC Master 6RA70全数字直流调速装置,并设计了该调速装置的启动操作步骤及参数设置。完成了该系统的远程监控功能设计,大大方便和简化了对试验水池拖车的控制。对全数字直流调速控制系统进行了EMC设计,提高了系统的抗干扰能力。本文最后通过数字仿真得到了该系统在常规PI控制器和模糊自整定PI控制器下的控制效果,并给出了系统在现场调试运行时的试验结果波形。经过一段时间的试运行工作证明该系统工作良好,达到了预期的设计目的。 提升装置在工业中应用极为普遍,其动力机构多采用电液比例阀或电液伺服阀控制液压马达或液压缸,以阀控马达或阀控缸来实现上升、下降以及速度控制。电液比例控制和电液伺服控制投资成本较高,维护要求高,且提升过程中存在速度误差及抖动现象,影响了正常生产。为满足生产要求,提高生产效率,需要研究一种新的控制方法来解决这些不足。随着科学技术的飞速发展,计算机技术在液压领域中的应用促进了电液数字控制技术的产生和发展,也使液压元件的数字化成为液压技术发展的必然趋势。本文以铅电解残阳极洗涤生产线中的提升装置为研究

步进电机的控制电路和程序

步进电机的控制电路和程序 先看一下我们将要使用的51单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作:分别有流水灯,数码管显示,液晶显示,按键开关,蜂鸣器奏乐,继电器控制,IIC总线,SPI总线,PS/2实验,AD模数转换,光耦实验,串口通信,红外线遥控,无线遥控,温度传感,步进电机控制等等。 上图是我们将要使用的51单片机综合学习系统硬件平台,本期实验我们用到了综合系统主机、步进电机,综合系统其它功能模块原理与使用详见前几期《电子制作》杂志及后期连载教程介绍。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,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”),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。 步进电机分类与结构 现在比较常用的步进电机分为三种:反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)。本章节以反应式步进电机为例,介绍其基本原理与应用方法。反应式步进电机可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。常用小型步进电机的实物如图1 所示。 图1步进电机实物图 图 2 步进电机内部图 步进电机现场应用驱动电路 综合系统使用的是小型步进电机,对电压和电流 要求不是很高,为了说明应用原理,故采用最简单 的驱动电路,目的在于验证步进电机的使用,在正 式工业控制中还需在此基础上改进。一般的驱动电 路可以用图3的形式。 图3 一般驱动电路 在实际应用中一般驱动路数不止一路,用上图的分立电路体积大,很多 场合用现成的集成电路作为多路驱动。常用的小型步进电机驱动电路可以用 ULN2003或ULN2803。本书配套实验板上用的是ULN2003。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成,具有同时驱动7组负载的能力,为单片双极型大功率高速集成电路。ULN2003内部结构及等效电路图如图4:

外文资料翻译---工业控制系统与协同控制系统

外文资料翻译 工业控制系统与协同控制系统 当今的控制系统被广泛运用于许多领域。从单纯的工业控制系统到协同控制系统(CCS),控制系统不停变化,不断升级,现在则趋向于家庭控制系统,而它则是这两者的变种。被应用的控制系统的种类取决于技术要求。而且,实践表明,经济和社会因素也对此很重要。任何决定都有它的优缺点。工业控制要求可靠性,完整的文献记载和技术支持。经济因素使决定趋向于协同工具。能够亲自接触源码并可以更快速地解决问题是家庭控制系统的要求。多年的操作经验表明哪个解决方法是最主要的不重要,重要的是哪个可行。由于异类系统的存在,针对不同协议的支持也是至关重要的。本文介绍工业控制系统,PlC controlled turn key 系统,和CCS工具,以及它们之间的操作。 引言: 80年代早期,随着为HERA(Hadron-Elektron-Ring-Anlage)加速器安装低温控制系统,德国电子同步加速器研究所普遍开始研究过程控制。这项新技术是必需的,因为但是现有的硬件没有能力来处理标准过程控制信号,如4至20毫安的电流输入和输出信号。而且软件无法在0.1秒的稳定重复率下运行PID控制回路。此外,在实现对复杂的低温冷藏系统的开闭过程中,频率项目显得尤为重要。 有必要增加接口解决总线问题并增加运算能力,以便于低温控制。因为已安装的D / 3系统[1] 只提供了与多总线板串行连接,以实现DMA与VME的连接并用其模拟多总线板的功能。温度转换器的计算功能来自一个摩托罗拉MVME 167 CPU和总线适配器,以及一个MVME 162 CPU。其操作系统是VxWorks,而应用程序是EPICS。 由于对它的应用相当成功,其还被运用于正在寻找一个通用的解决方案以监督他们的分布式PLC的公共事业管理。 德国电子同步加速器研究所对过程管理系统的筛选 集散控制系统(D/ 3): 市场调查表明:来自GSE的D / 3系统被HERA低温冷藏工厂选中。因为集散控制系统(D/ 3)的特性,所以这决定很不错。在展示端和I / O端扩展此系统的可能将有助于解决日益增加的 HERA试验控制的要求。制约系统的大小的因素不是I / O的总数,通信网络的畅通与否。而通信网络的畅通与否取决于不存档的数据总量,不取决于报警系统中配置的数据。 拥有DCS特点(Cube)的SCADA系统: 相对于Y2K问题促使我们寻找一个升级版或者代替版来代替现有的系统而言,以上提到的D / 3系统有一些硬编码的限制。由于急需给Orsi公司提供他们的产品,Cube开始起作用了[2]。该项目包括安装功能的完全更换。这包括D / 3,以及德国电子同步加速器研究所的集成总线SEDAC和VME的温度转换器。该项目很有前景。但是因为HERA试验原定时间是有限制的,所以技术问题和组织问题也迫使计划提前。在供应商网站上的最后验收测试又出现了戏剧性的性能问题。有两个因素引起了这些问题。第一个跟低估在1赫兹运行的6级温度转换器

步进电机控制系统设计.

毕业设计论文 论文题目:基于单片机的步进电机控制电路板设计 摘要 随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中,其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制,通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号,信号经过芯片ULN2003驱动步进电机;同时,用 4个按键来对电机的状态进行控制,并用数码管动态显示电机的转速。 系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中,硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动(集成达林顿ULN2003)模块、数码显示(SM420361K数码管)模块、测速模块(含霍尔片UGN3020)6个功能模块的设计,以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序,最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制,并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上,对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑

************* 第1章绪论 1.1 课题背景 当今社会,电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机,在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。 随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。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”),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,其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点,给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品(打印机、照相机、雕刻机)、工业控制(数控机床、工业机器人)、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片,它以其独特的低成本,小体积广受欢迎,当然其易编程也是不可多得的优点为此,本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统,可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 设计目的及系统功能 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元,通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制,并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。 1

毕业设计外文翻译---控制系统介绍

英文原文 Introductions to Control Systems Automatic control has played a vital role in the advancement of engineering and science. In addition to its extreme importance in space-vehicle, missile-guidance, and aircraft-piloting systems, etc, automatic control has become an important and integral part of modern manufacturing and industrial processes. For example, automatic control is essential in such industrial operations as controlling pressure, temperature, humidity, viscosity, and flow in the process industries; tooling, handling, and assembling mechanical parts in the manufacturing industries, among many others. Since advances in the theory and practice of automatic control provide means for attaining optimal performance of dynamic systems, improve the quality and lower the cost of production, expand the production rate, relieve the drudgery of many routine, repetitive manual operations etc, most engineers and scientists must now have a good understanding of this field. The first significant work in automatic control was James Watt’s centrifugal governor for the speed control of a steam engine in the eighteenth century. Other significant works in the early stages of development of control theory were due to Minorsky, Hazen, and Nyquist, among many others. In 1922 Minorsky worked on automatic controllers for steering ships and showed how stability could be determined by the differential equations describing the system. In 1934 Hazen, who introduced the term “ervomechanisms”for position control systems, discussed design of relay servomechanisms capable of closely following a changing input. During the decade of the 1940’s, frequency-response methods made it possible for engineers to design linear feedback control systems that satisfied performance requirements. From the end of the 1940’s to early 1950’s, the root-locus method in control system design was fully developed. The frequency-response and the root-locus methods, which are the

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