近日小编精心整理了《步进电机控制管理论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!摘要：运用PLC技术、步进电机控制技术和组态监控技术，对切药机系统进行改造，设计了PLC控制的自动切药机系统。采用西门子S7-200CPU226PLC，输出PTO脉冲信号控制M415B步进电机驱动器，驱动步进电机42J1834-810，从而控制上、下皮带运动，把需要切削的药物送到指定位置进行切削，并利用组态王监控软件实现系统的操作监控。
步进电机控制管理论文 篇1：
基于DSP的混合式步进电机细分调速系统设计
摘要：本文运用两相混合式步进电机细分控制理论，在DSP的视角下实现对混合式步进电机数字化控制系统的设计，该系统以DSP为主控制器件，实现混合式步进电机的电流、转速和反馈的数字化控制，同时结合实际应用分析其效果以及对电机性能的提升作用，为DSP技术在电机细分调速方面的后续应用提供一定的技术支撑.
关键词：DSP;两相混合式步进电机;细分调速;调速系统;分析
步进电机细分控制技术在步进电机的运行当中能够克服传统电机在低中速下性能不好的不足，在现代电机的发展中具有良好的运用前景和发展潜力.步进电机转矩矢量控制技术能够很好地控制电机运行过程中的输出转矩和幅值，增强电机运行的稳定性，保障电机运行中的动态特性，在电机控制方面作为一种新型的技术而具有广阔的发展前景[1].随着现代技术的不断进步，一种新型的数字信号处理技术——DSP应用而生，在电机控制领域产生了DMC（数字电机控制）技术和多重技术相互应用的复杂电机控制技术，大大提高了电机的運行速度和效率.
1 两相混合步进电机的细分控制原理
步进电机的细分控制原理经历了将近二十年的发展历程，在过去技术不发达的情况下常常受到电子元件开关频率、运算速度等方面的限制，在具体的应用中很少使用细分控制技术[2].随着微电子技术的不断发展，特别是DSP技术的发展，为步进电机细分控制技术提供了应用的机会.
1.1 步进电机频域划分及角速度波动的特点
步进电机控制脉冲的频率（fcp）以及逻辑通电状态（N1）、转子齿数（p）与平均转速三者之间呈现很大的相关性.三者之间构成如下的方程式：
步进电机在运行的过程中可以根据频率的大小分为极低频、低频和高频三种状态.步进电机在低速时容易出现低频振动的现象，这十分不利于电机的正常运转[3].因此在实际的低频与超低频情况下可利用细分技术完成电机转动时的转矩波动和角速度波动的调节，从而提高步进电机速度的控制精确度.防止电机在运行的过程中因转速过快而发生剧烈的振动，影响电机的效率和使用年限.
1.2 两相混合式步进电机细分控制理论
在运用两相混合式步进电机细分控制理论时，可以忽略定子线圈的波动，将线圈的自感作为一个常量计算出转矩：
其中电机转子的齿数为p，永磁体等效电流为Im，两相绕组与永磁体等效励磁电流的互感为Msr，两相电流为iA，iB.该式即为步进电机细分控制的理论基础，从该式中可以看出两相混合式步进电机的矩角特性与正弦曲线的特性基本相符[4].
当在两相混合式步进电机的两相绕组上加上该式所示相角关系的电流
从上面的式子中可以看出同步电机的运转与其具有很大的相似性，那么对于两相混合式步进电机的分析既可以等价为一台永磁同步电机来分析，假设两相永磁同步电机转子齿数为P，此时该两相混合式步进电机就等同于一台2P个电极的两相同步电机.在理想模型下，如果用模拟的正弦，余弦电流分别加载在步进电机的两相，将会得到同步电机相近的转矩特性，从而确保电机匀速旋转[5].步进电机的控制细分效果正是基于微步驱动方式，即将加载在步进电机上的正、余弦电流数字化得到的.
2 DSP实现两相混合式步进电机细分控制
两相混合式步进电机细分技术的主要任务就是两相电流基值的计算，并按照以上的计算式子得到两相的电流[6].因此为了达到这一设计目标，先求出电机A相和B相电流的给定值，然后与电机A相和B相电流负反馈的值进行比较，最后得到两者之间的差值.在PID环节进行处理，在系统的事件管理器中输出脉冲，进而驱动系统开关的闭合，最后完成对驱动系统的控制和电流的控制技术.具体的控制原理如图1所示.
首先可以参照公式（4）中的方法确定电机A相和B相的电流值，得到A、B两相每个细分微步的电流值.为了完成数字化计算，必须在微控制器的程序存储器中存储细分控制函数基值表以备查取[7].由于所选用DSP为16位，故按照如下方式完成电流基值的计算，其中括号代表取整数：
其中微步数为t.
首先确定细分数，然后当S确定后就可以通过查表法得到电机A相和B相的电流基值.如果S的取值为128，那么可以得到B相的电流机基值，如表1所示.
A相电流与B相电流使用同样的查表法得出.由式子（4）、（6）即可求得给定的A、B相电流：
DSP通过对A相和B相的电流进行反馈才得到实际的电流iAS、iBS与转换后电流之间的差值：
PID软件获得差值信号后将其输送给DSP事件管理器，产生PWM信号输出，得到一个系统的数据和波动值，可以采用电流跟踪的方式将电流给定的正弦波信号与电机绕组上实际的流过电流进行比较，如果实际电流值小于给定值，那么DSP在载波信号三角波的调节下，将PWM控制电压信号脉宽变窄.如果实际电流值大于给定值，则PWM输出脉宽加大.控制系统就是利用这种办法完成电机驱动信号的给入，最终经处理整形信号从而实现步进电机的绕组电流控制.
3 步进电机控制软件设计
对于步进电机控制软件的编写，首先是初始化，然后利用串行中断方式来读取上位机的各种信号，即就是电机的方向转速等，通过读取信号获取电机转动的电流大小，同时确定上机位的位置，进行细分步长S的计算：
（1）事件管理器A的GP定时器的计数频率：
CPU的时钟频率为8MHZ，该设计选用计数周期为256的GP定时器，因此可以得到：
（2）电机步进脉冲频率
将电机的转速设为240r/min，步距角为1.5°，则脉冲频率为：
（3）电机细分数
（4）求步长值
得到步长之后利用控制系统存储器中的电流基值表，配合给定的电机电流峰值，得出电流给定值.然后通过闭环系统反馈的电流值得到绕组实际电流，经过差分运算求出误差值.再利用PID调节完成PWM的控制信号，最后与电机正反转的DSP信号一并送往电机驱动电路，完成电机的驱动.在控制软件主程序中步进电机旋转方向可以在系统的作用下完成对不同电流的输入和输出，并决定逻辑信号的方向.如果需要反转时就会得到相同的信号[8].电机整步运行时，2路控制输出口输出等脉宽方波，步进电机运行频率即就是输出脉冲频率.步进电机正向，反向转动时，两路控制输出口方波相角相差90度.
4 系統调试
完成控制系统的设计，并与控制电机完成连接进行上电运行调试.首先利用主控DSP的IOPB4和IOPB5输出的I/O信号决定电机的旋转方向.然后进行细分控制与微步距角的调试.控制绕组上的正余弦电流完成细分控制，当微步距角进行周期变化时，发现电机的转速也周期性的发生变化，如果与电机的固定频率相接近的时就容易发生振动的现象，这种现象对电机细分的应用范围有了很大的限制，导致电机运行缺少平稳性.因此如何改善步距均匀性是需要解决的一个重要问题.唯一的办法就是设置细分驱动系统的位置闭环，能够实现较高的精确度和定位，它可以在电机的运行中排除摩擦力、负载力等引起电机不稳定的因素.但其缺点是需要在装置上加上检测的元件，且分辨率受到检测元件的限制.还有一种方法可以通过对细分驱动微步距角进行反复循环的测定，得到转子位置与微步距角之间的关系曲线，从根据函数曲线减小距角的范围.
总结
混合式步进电机作为工业控制中心常用的一种电机，随着数字信息技术的发展应用前景将逐渐的广阔.本文以DSP技术为核心，运用到两相混合式步进电机中设计了数字控制系统，经过系统的设计和运行能够完成步进电机的细分调速并且控制系统与计算机两者之间的实时通讯畅通.该控制系统具有良好的发展潜力，特别是在数控机床等领域的应用前景比较明朗.
参考文献：
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〔4〕谢长君，杜康，刘力等.两相步进电机细分驱动器研究[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2013，35（6）：851-855.
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〔6〕易淼.步进电机细分技术在显微镜自动调焦系统中的应用[J].江西教育学院学报，2013，34（3）：10-12.
〔7〕郑国平.基于Simulink仿真的步进电机细分控制分析[J].计算机与数字工程，2014，42（8）：1407-1411.
〔8〕刘霜，李兴根.新型三相步进电机细分驱动器设计[J].轻工机械，2013，31（4）：60-63.
作者：邵海龙
步进电机控制管理论文 篇2：
基于西门子PLC和步进电机的自动切药机系统设计
摘 要：运用PLC技术、步进电机控制技术和组态监控技术，对切药机系统进行改造，设计了PLC控制的自动切药机系统。采用西门子S7-200 CPU226 PLC，输出PTO脉冲信号控制M415B步进电机驱动器，驱动步进电机42J1834-810，从而控制上、下皮带运动，把需要切削的药物送到指定位置进行切削，并利用组态王监控软件实现系统的操作监控。实践表明，改造后的系统运行更加稳定、可靠、安全，易操作，易监控。
关键词：西门子PLC；自动切药机；步进电机；组态王
一、系统总体设计
为了实现切药的安全性、可靠性以及生产的连续性，提高切药的自动化水平，达到减轻劳动强度，改善操作环境，从而实现生产的综合管理。在充分考虑本工程切药工艺特性的基础上，结合切药机工作的现状，按照具有先进技术水平的现代化系统的理念对原有系统进行改造、设计。
（一）系统设计目地及要求
自动切药机系统实施改造的目标：（1）集中管理、分散控制。整个切药系统处理工艺的控制由三级组成：第一级：就地控制，即现场电气控制的按钮等直接控制。第二级：过程控制，基于PLC的智能化现场监控系统。第三级：监控管理，实现整个系统的运行监视、质量管理和数据服务；（2）功能完善、管理有序。中央控制室实施整个系统的运行监视、数据服务和设备管理；实时显示、静态和动态运行工况。现场监控系统具有本地，远程两种操作模式。对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。
（二）系统结构设计
使用PLC控制步进电机驱动器，再由驱动器来驱动防爆步进电机，防爆步进电机带动皮带的传动从而控制进料的长度；通过PLC控制两个气缸，其中一个气缸控制固定夹的夹紧与松开另外一个气缸控制切刀的起落，从而完成切料的工作；通过温度传感器来检测切刀的温度，当切刀温度达到设定值后，系统停止动作，发出警报。使用组态监控软件对系统工作的整个过程进行监控，实时显示静态和动态运行工况。
二、系统硬件设计
PLC控制的自动切药机系统的硬件主要由PLC控制模块、步进驱动模块、气动控制模块等组成。
（一）PLC控制模块
根据系统的控制要求，选用西门子S7-200 CPU 226CN PLC作为控制器，它具有24个输入点与16个输出点，而且该PLC具有高速脉冲输出PTO（Pulse Train Output，脉冲串输出）功能，可以驱动步进电机运动。当系统切药的切削速度过快时，将导致切削刀口温度过高，容易产生火花，引起炸药燃烧或者爆炸，带来安全隐患。因此，通过温度传感器进行切削刀口温度检测，并把检测温度送入PLC进行处理，并在监控软件中显示。如果温度超过系统设定温度，进行报警，并自动停机。
（二）步进驅动模块
步进驱动模块由步进电机和步进驱动器组成。自动切药机系统有两套步进驱动模块，分别控制上皮带、下皮带的运动。
步进驱动器接收PLC发出的高速脉冲信号及方向电平信号，并将这些信号转换成驱动步进电机的信号。步进电机旋转方向由方向电平控制；步进电机旋转速度由脉冲信号的频率控制；步进电机旋转角度由脉冲信号的数目控制。
选用四相步进电机42J1834-810，与之配套的驱动器选用美国IMS公司生产的M415B细分型步进电机驱动器。42J1834-810步进电机步距角为 。通过驱动器设置细分精度，最高可以达到12800个脉冲电机转一圈。步进电机驱动器M415B细分设定由拨码开关SW4、SW5、SW6设定。设置SW4=ON、SW5=OFF、SW6=ON，细分设置为800步数/圈，即800个脉冲使步进电机转一圈，此时步距角为 。
三、系统软件设计
（一）程序设计
软件采用模块化设计方法，主要由主程序、Q0.0（控制上皮带步进电机）输出脉冲子程序、Q0.1（控制下皮带步进电机）输出脉冲子程序等模块组成。
（二）主程序设计
主程序首先检测上、下皮带的运动方向，装入脉冲串值，然后调用Q0.0、Q0.1输出脉冲子程序，并判断脉冲串输出是否完成，最后判断定位是否完成。
（三）监控系统设计
系统的上位机监控软件采用组态王。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
四、结论和建议
由于本系统被控对象的特殊性，所以系统的控制核心思想一直围绕系统的安全性进行设计。具有以下特点：（1）设备改造前的所有功能全部实现，硬件线路除控制线路外不作任何改动；（2）切刀在切药的时候，由于和药有摩擦，会使切刀表面的温度升高，当温度达到炸药的临界爆炸点时，很容易引燃或引爆炸药。所以经此考虑，采用高精度温度传感器对切刀的温度进行实时的监控，并在监控画面上显示出来，当温度达到设定值时，系统立即停机散热，在监控画面上报警，显示报警原因，提醒操作人员；（3）由于现场加工环境的特殊性，将PC机设在中央控制室，可以通过PC机操作切药机，同时在现场安装就地操作面板，方便操作员在现场进行操作；（4）切药机在工作过程中，实时监测送料电机的方向及转速并与设定值比较，如不一致驱动器将发出错误报警，并在监控画面上显示出来；（5）在生产现场安装高清防爆摄像头，对生产现场进行监控。
实践表明，改造后的切药机系统运行更加稳定、可靠、安全，易操作，易监控。
参考文献：
[1]李庭贵.基于PLC和步进电机的立体仓库存储系统精确定位控制设计[J].制造业自动化，2011（33）（11上）：149-153.
[2]章国华，苏东.典型生产线原理?安装与调试（西门子PLC版本）[M].北京：北京理工大学出版社，2009.
[3]陶权，韦瑞录.PLC控制系统设计?安装与调试[M].北京：北京理工大学出版社，2009.
[4]郭新照，汪兴科.采用MCGS在焊接用材料分拣装置中的监控软件设计[J].装备制造技术，2009（03）：73-74.
[5]李明钊，杨承志.基于PLC的卷烟自动分拣系统[J].工业控制计算机，2008（21）：88+90.
[6]张铁异，何国金，黄振峰.基于PLC控制的混合型气动机械手的设计与实现[J].液压与气动，2008（09）：6-8.
[作者简介]刘庭辉（1970.02-），男，四川泸州人，高级技师，研究方向：电气维修；刘浩然，技术员，研究方向：电气维修。
作者：刘庭辉 刘浩然
步进电机控制管理论文 篇3：
ARM虚拟仿真平台的搭建
摘要：本文介绍了一种嵌入式ARM开发的新思路，在ADS和Proteus仿真软件开发环境下搭建ARM开发的虚拟平台，并通过一个步进电机控制的实例说明搭建此平台的具体步骤。实践证明，没有开发板，ARM学习者也可以完成ARM嵌入式系统的学习；对于ARM开发者此平台不但降低了开发成本，而且缩短了开发周期。
关键词：ARM；ADS软件；Proteus软件
The Building of ARM Virtual Simulate Platform
Li DaxinZhu Ningxi
(South China University Of Technology,Guangzhou510640,China)
using ADS and proteus simulation software we can build a platform to achieve ARM development.In this article we explain the way to build this platform by using a stepper motor control example.It has been found that,the learner of ARM can learn ARM inbedded system even without an ARM develop-board;For the developer of ARM,this platform not only cut down the cost of development but also shorten the period of development.
随着嵌入式技术的迅猛发展，越来越多的从事ARM开发的人需要嵌入式开发平台，传统的ARM开发平台不但价格高昂，并且实际电路连线不可更改。使用EDA进行嵌入式开发平台的设计与仿真为嵌入式开发者提供了新的选择。本文提出一种基于Proteus和ADS开发环境构建虚拟实验室的方案，并通过一个实例说明如何搭建这一平台。
一、Proteus简介
Proteus是由英国Lab Center Electronics公司开发的EDA工具软件。它除了具有和其他EDA工具一样的原理编辑、印制电路板（PCB）自动或人工布线及电路仿真功能外，最大的特色是其电路是交互的、可视化的。通过Proteus软件的 VSM（虚拟仿真技术），用户可以对基于微控制器的系统连同所有的外围接口电子器件一起仿真[1]。它的主要特点有：
（一）能够进行电路原理图和印制电路板的设计。
（二）可以仿真微处理器和外围电路，可以仿真Pillips公司的LPC系列ARM7、PIC、Atmel AVR、Motorola HCXX 以及8051/8052 系列等常用的微处理器。
（三）提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、各种电表、虚拟终端等虚拟仪器仪表供选择。
（四）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2、ADS、IAR等软件
二、ADS简介
ADS（ARM Developer Suite），是在1993年由Metrowerks公司开发，是ARM处理器下最主要的开发工具。ADS 是全套的实时开发软件工具，具有编译效率高，系统库功能强等特点。ADS目前的成熟版本为ADS1.2。ADS包括三种调试器ARMExtended Debugger，AXD 向下兼容的ARMDebugger for Windows、ARM Debugger forUNIX 和ARM 符号调试器。其中AXD不仅拥有低版本ARM调试器的所有功能，还新添了图形用户界面，更方便的视窗管理数据显示，格式化和编辑以及全套的命令行界面。
ADS对汇编、C/C++、java支持均很好，是目前最成熟的ARM开发工具。很多ARM开发软件（例如Keil）也是借用的ADS的编译器。
三、ARM虚拟仿真平台的开发过程
ARM的虚拟开发包括以下四个步骤：
（一）在proteus平台上画电路原理图；
（二）在ADS上新建工程文件，编写程序，编译、链接最后生成一个.hex文件；
（三）将.hex的文件导入ARM芯片；
（四）点击运行查看实验结果。
四、实例分析
以基于LPC2114的步进电机控制实验来说明ARM虚拟仿真平台的搭建过程。
利用LPC2114输出脉冲序列，通过K1-K5控制步进电机转速（分5挡），K6、K7控制步进电机转向。必须要K1—K5中任一开关和K6、K7中任一开关同时按下时步进电机才启动，其他情况步进电机不工作。同时把电机的转速和转向在LCD上显示出来。
（一）在Proteus软件下画出电路原理图[2]。
首先拾取本次实验所需的元器件，元器件列表如表1所示：
按图1进行电路原理图的连接。LPC2114的P0.0-P0.7分别连接LCD的D0-D7，他们用作I/O口，控制LCD的显示的内容。LPC2114的P0.16-P0.22分别连接控制开关k1-k7，其中k1-k5控制步进电机的转速，k6-k7控制步进电机的转向，RP1和RP2为上拉电阻。LPC2114的P0.25-P0.31连接步进电机控制芯片ULN2003A，通过控制步进电机电极A、B、C、D的导通顺序来控制电机的转向。通过控制A、B、C、D电极的导通时间来控制步进电机的转速。
（二）编写程序代码
程序代码主要由以下部分组成：
首先编写LPC2114的启动代码，启动代码部分由2个汇编文件（Startup.s和IRQ.s），1个C文件（target.c）和2个头文件（target.h和config.h）组成[3]。本部分代码编写可以参考周立功《深入浅出ARM7-LPC213x/214x》。
其次，根据实验要求编写主函数main.c来实现想要达到的实验效果。具体main函数的流程图如图2所示
（三）借助ADS集成开发环境，进行程序的编译、链接
打开ADS1.2 集成开发环境CodeWarrior IDE，点击Project→New Project 建立一个新的工程stepper.mcp， 把以上编好的代码文件全部添加进此工程[4]。
然后在工程stepper.mcp下选择DebugInFLASH，如图3所示，将ADS中的RO base的起始地址设置为0x00000000，在ARM forELF中Output format的文件格式选为Intel 32 bit Hex。具体设置见图4。
点击project菜单下的compile和make，进行编译并链接工程。生成stepper.hex文件。
（四）在Proteus中双击LPC2114芯片，在Program File中选择上一步生成的stepper.hex所在的路径。单击如图5所示的play按钮，就可以观察实验结果了。
五、结束语
实践证明，基于PROTEUS和ADS软件搭建的虚拟仿真开发平台有许多实际开发板无可比拟的优势：首先他大大降低了学习者或开发者的成本和开发风险；其次他的连线可以按照实验或开发者的需求随意更改；再次他可以锻炼学习者硬件电路的设计能力。因此这种开发平台具有极高的推广应用价值。
参考文献
[1]林志琦,等.基于Proteus的单片机可视化软硬件仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2006,1-5
[2]周立功,等.深入浅出ARM7—LPC213x/214x（上册）[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005,123-140
[3]周润景,张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006,56-78
[4]杨宏,李国辉.基于Proteus和ADS的ARM虚拟实验室建设[J].单片机与嵌入式系统应用,2007,12（8-2）：68-70.
作者简介：
李大新（1986.7-），男，山东聊城人，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式系统及应用。
作者：李大新,朱宁西