基于S7-200 PLC的步进电机运动控制系统设计

提出基于西门子S7-200 PLC的步进电机运动控制系统的设计与实现。由于S7-200系列PLC不支持圆弧插补功能,采用极限逼近的算法,利用PLC输出高速脉冲信号和方向信号驱动步进电动机进行画圆的工作,并通过系统的调试对该方法进行了验证。

基于STM32的步进电机加减速轨迹规划算法

针对传统步进电机开环控制下加减速过程中柔性冲击大、失步和过冲等问题,结合STM32单片机提出了一种离散化的、带有电流调节的S曲线加减速控制算法。首先,通过多项式算法构建连续光滑的S曲线,根据矩频特性拟合转速和转矩的关系,联立转速和功率的关系,推导出电流计算方法;然后,对连续的S曲线进行等时间间隔采样,完成对S曲线的离散化;最后,在Keil平台进行算法代码编写,将编译后的工程文件下载到STM32中,通过步进电机的速度和位置跟踪实验验证了算法的有效性。

基于改进自适应遗传算法的小径短绳自动打捆机步进电机PID控制

为提高小径短绳自动打捆机步进电机的控制精度,在分析经典遗传算法和经典自适应遗传算法的基础上,引入进化代数和个体适应值排名来指导自适应交叉率和自适应变异率,设计了一个基于改进自适应遗传算法的PID控制器,以削弱进化过程中优良参数的退化现象。MATLAB仿真结果表明,改进的自适应遗传PID提高了收敛精度,并具有更快的收敛速度。针对步进电机的实际测试结果表明,与经典遗传算法相比,改进的自适应遗传PID调整时间更短、超调量更低。

基于主动式阻尼的混合式步进电机转速振荡抑制控制

混合式步进电机因其特殊的机械结构导致自身阻尼极小,在实际运行过程中会发生振荡过大,甚至失步的问题。为提高混合式步进电机的控制品质,提出一种基于主动式阻尼的步进电机转速振荡抑制方法。首先,将电机模型转化至同步旋转dq坐标系,将电流i_d控制恒为额定电流,利用位置误差和速度误差调节电流i_q生成瞬时转矩,抑制电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现电机闭环反馈控制,提出一种将同步频率提取滤波器(SFF)与三阶锁相环(PLL~3rd)相结合的无传感器控制方法。SFF可以滤除反电动势信号中的高次谐波,PLL~3rd能消除转速变化过程中的稳态误差。实验证明,该方法有效抑制了步进电机运行过程中的振荡现象,提升了电机的运行品质。

基于灰狼算法的步进电机滑模控制系统设计

为了改善转台方位轴的位置精准度及抖振现象,本文围绕步进电机控制系统展开研究。设计了指数趋近律的位置方程,应用了灰狼优化算法整定滑模控制系统的多项参数。在此基础上建立了数学模型,使用MATLAB/Simulink构建了位置三闭环仿真,对系统的位置精准度、抗干扰能力进行分析,并与PID控制系统、传统的滑模控制系统进行了比较。仿真结果表明优化后的控制系统较稳定,响应速度快,抗干扰能力强。最后基于STM32F10ZET6主控芯片搭建了硬件平台,实验证明了优化后的控制策略有效提升了位置精准度,保证了系统的可靠性。

基于ESMO-DPLL的混合式步进电机主动式阻尼控制

针对混合式步进电机阻尼系数较小引起的振荡以及失步问题,提出一种主动式阻尼闭环控制方法提高步进电机的控制品质。首先,该方法基于同步旋转dq坐标系下的电机模型,将电流id控制恒为额定电流,利用转速误差调节电流iq生成瞬时转矩,改善电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现转速闭环,提出一种扩展滑模反电动势观测器(ESMO)与双锁相环(DPLL)相结合的无传感器控制方法,ESMO改善了传统滑模观测器的抖振问题,DPLL能消除加减速过程中的稳态误差。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

喷雾测量系统坐标架三维位移控制研究

为解决航天发动机试验中,通过三维PDA(Phase Doppler Anemometry)测量系统研究燃料喷注器雾化效果中对测量点精确定位的问题,采用自适应模糊神经网络PID控制算法实现对测量系统三维坐标架的步进电机进行控制。建立了一个步进驱动电机进行位置控制的传递函数模型,通过Matlab的Simulink仿真平台对步进驱动电机位移的PID控制、模糊PID控制及模糊神经网络PID控制的三种算法进行仿真。模拟实验结果表明:模糊神经网络PID控制将响应时间提升到0.05 s,并且大幅减小超调。相比于传统PID此方法可大幅提高坐标架定位的速度和精度。

基于S7-1500 PLC的步进电机PID控制

通过对PLC的软件编程,实现了S7-1500 PLC对步进电机的PID控制。首先明确了PLC、步进电机和步进电机驱动器之间的电气连接关系;然后利用S7-1500 PLC配套的博途软件进行了PTO组态和轴工艺组态,基于HMI设计了人机交互界面,设计了PID控制器;最后搭建了实验系统,利用临界比例度法整定了PID参数。实验验证了步进电机PID控制的调整时间小于1min,位置精度小于0.02°。

基于单片机的步进电机伺服控制器设计

电机是一种常见的电磁装置能将电能转换为机械能,广泛应用于现代社会工业生产、交通运输和个人生活中。本设计以单片机为核心的驱动控制系统既步进电机控制器,系统整体将实现的功能为:用户可操作一个4×4键盘将命令与数据输入给单片机,而LCD显示屏实时得将当前操作信息或伺服控制系统运行时各项数值显示出来,键盘与LCD显示屏将组成基本的人机交互窗口,实现操作简单的对步进电机的控制。单片机内的程序将输入的命令与数据进行处理,生成驱动步进电机的脉冲信号,达到令步进电机做正反转、加减速、定时、定步和细分驱动等功能。

AT89C52单片机控制的步进电机驱动设计

为实现步进电机在生产应用中的精确控制、防止控制“失步”,并能够根据需求对电机工作状态灵活变动以提升生产效率和质量,本文设计四相步进电机的控制系统。该系统利用电路设计及单片机程序控制,以模拟试验的形式,先对控制电路进行线路设计,然后利用AT89C52单片机进行电机驱动控制的程序编写,具有良好的实用性和便捷性。

基于二阶滑模算法的步进电机自动升降转速控制方法

受各部分联动关系的影响,步进电机转速的升降调节控制效果难以满足实际需求。为此,提出基于二阶滑模算法的步进电机自动升降转速控制方法。在综合步进电机转子的运动方程、步进电机的电磁力矩方程、电机转动方程及阻尼系数方程的基础上,构建步进电机数学模型,并明确通过调节输入电流,控制步进电机的转速,使得电机达到期望转速的控制目标。在具体的控制阶段,引入二阶滑模控制器,根据增益系数对滑模面函数和滑模控制律进行循环迭代,直至满足控制要求。测试结果表明,设计控制方法不仅能够实现在短时间内迅速调整测试步进电机转速,并且转速表现出较高的稳定性,满足实际应用需求。

一种基于PID控制的随动油门台设计

针对飞行器自动化开发,设计了一种具有随动功能的油门台控制系统。该系统以STM32F103单片机为主控芯片,采用芯片内部的USART模块收发功能,实现数据的交互。系统通过位置传感器实时反馈油门杆的位置信息,并将反馈的信息传给控制站。同时,接收控制站的随动指令,通过单片机的PWM功能驱动步进电机,实现油门杆的随动控制。最后,编写上位机测试系统,执行测试并存储和处理测试数据,完成油门台控制系统的联调试验,结果表明基于PID控制算法的随动油门台的设计方案是可行的。

两相混合式步进电机高性能闭环驱动系统设计

在研究传统步进电机开环细分驱动与控制算法的基础上,提出了一种带编码器步进电机超前角控制的“位置+电流”闭环驱动方案。传统开环细分驱动方案给定的电流相位角与转子位置无关,而此闭环驱动方案使用编码器检测转子实际位置,并计算位置误差、速度误差信息以实时调整电流细分给定的电流相位角,从而更好地改善步进电机在不同转速下的工作性能。采用TI公司高性能处理器TMS320F28069作为主控单元,IR2104S、IRF540作为功率驱动电路,搭建步进电机位置闭环实验平台,并对不同转速的电流以及位置精度进行测试。实验结果表明,该闭环驱动方案可以很好地改善步进电机低速抖动与高速失步的问题,在60~1200 rpm转速范围可以很好地工作,位置精度控制在10个脉冲内,达到了传统伺服电机的水平,具有较好的市场应用价值。

小麦播种机电气控制系统的设计与试验

为了解决传统小麦播种机播种量的调节范围小、播种不均匀等问题,设计了一种基于PLC控制的自动播量调节电气控制系统。系统由PLC控制器、速度传感器、步进电机等组成,替代了传统的地轮和侧边箱式机械驱动模式。其主要的工作原理是将速度传感器安装于拖拉机主动轮内侧,当速度传感器采集到拖拉机速度信号后,发送给PLC,经过运算处理后发送相应的控制信号给步进电机;步进电机按控制指令调节转速,同时带动外槽轮式排种器的排种轴转动。排种轴的速度发生变化,排种槽轮中的种子数量随之改变,使小麦的播量得到调节。试验结果表明:系统能够控制小麦的亩播量误差在5%以内,播种均匀性系数小于40%,满足小麦精播的需求。

基于动态规划的贴标机步进电机驱动伺服控制方法

受到步进电机非线性因素的影响,贴标机在作业过程中部分场景下的步进电机驱动伺服控制误差偏大,单指令信号控制响应速度与设定指标值差值较大,严重影响贴标机正常作业。为了解决这一问题,结合步进电机控制参量特征,引入动态规划策略对其控制参量、变量加以优化,通过动态规划的随机统计特征,量化控制参量,统一变量分布控制权重,实现提升控制响应速度的效果。具体实现过程可以总结为以下三个步骤:首先,建立基于动态规划的贴标机步进电机同步模型;然后,对PID动态控制驱动量神经网络进行优化;最后,完成基于动态规划的步进电机驱动伺服全局控制优化。通过数据对比表明:提出方法具有较强的响应优化能力,优化效果完全满足设计要求,且方法实现成本较低,具有较高的推广价值。

茶叶袋生产线自动捆扎控制系统

针对当前茶叶包装袋生产线人工捆扎存在效率低、人工成本高等问题,应用PLC(可编程逻辑控制器)和步进电机开发茶叶袋自动捆扎系统,完成生产线上茶叶袋的自动收袋、夹紧、捆扎等功能。该自动捆扎系统可适用于不同产品种类的工艺要求,并达到提高生产效率和降低人工成本的目的,实现茶叶袋生产线整体的自动化。试验表明,以100个茶叶袋为一任务周期,该系统能够在25 s内完成自动收袋及捆扎,满足生产工艺要求,是可行的。

基于Δcos(ϕ)/ΔI因子的步进电机驱动电流优化控制研究

脉冲步进指令控制的传统步进电机具有开环定位的特点,无需位置传感器。而开环控制的缺点在于当发生过载时容易导致失步,为了降低失步发生的概率,步进电机通常以最大电流工作,这会影响其工作效率。针对上述问题,提出了一种基于Δcos(ϕ)/ΔI因子的优化步进电机驱动电流的控制算法,该算法结合步进电机的特性及其步进指令脉冲,适用性强,计算过程简单,无需额外设置步进电机的机械或电气参数。利用混合式步进电机的实测数据进行了数据仿真实验,证明了所提出算法的有效性。

基于S7-1200 PLC步进电机驱动控制系统设计

步进电机在数字控制系统中具有广泛应用。在广泛调研的基础上,研发一套步进电机驱动控制装置。该装置采用触摸屏作为上位机,S7-1200 PLC作为系统控制单元,集成有光电传感器、步进驱动器、步进电机、CM1241模块。对控制系统主要器件进行选型、电路设计、硬件接线与调试,还进行触摸屏界面设计以及PLC程序编写,可以实现基于触摸屏控制的电机点动、回原点、系统复位、绝对运动以及相对运动,而且基于Labview实现电机的远程控制。实验结果表明,该控制方案是双轴运动控制中一个较好的解决方案。

基于STM32的电动节流阀控制采集系统设计

火箭供配气过程中,节流阀的状态数据实时采集与开度控制对航空发动机的正常运行至关重要。针对节流阀开度控制与各项传感器数据的采集等问题,设计了基于STM32的电动节流阀控制采集系统。该系统首先围绕STM32F407主控设计了压力流量信号采集电路,脉冲控制电路;接着设计了节流阀开度控制功能模块,由单片机、步进电机和编码器组成闭环控制单元,PID控制算法依据实时角度与设定角度偏差确定电机控制等参数,其中通过软件算法弥补了硬件缺陷:使用单圈绝对型编码器实现了多圈控制;最后测试分析了模拟量采集数据,步进电机控制角度。结果表明:该系统满足控制采集功能需求,关键信号实测与理论值最大偏差不足1%;为电动节流阀的参数采集和开度控制提供了一种可行的方案。

基于PLC技术的播种机电气控制系统研究

以马铃薯播种机为研究对象,设计一种基于PLC技术的电气控制系统。系统通过液压马达代替传统的链轮装置控制株距大小,通过步进电机代替原来的振幅调节手柄实现振幅调节。工作时,以西门子的S7-200型PLC为核心控制器,各路传感器实时采集地轮速度、液压马达速度、重播漏播信息,进行运算处理后,输出控制信号:一方面,控制液压马达驱动马铃薯种子的传输轴,并建立传输轴转速与马铃薯播种株距之间的数学模型,以此来控制马铃薯的株距;另一方面,控制步进电机的转动角度发生改变,使得薯种传输带的凸起与振动滚轮之间的相对位置发生变化,以此改变马铃薯在传输带的运行过程中的振动幅度,降低马铃薯重播、漏播现象。测试结果表明:系统基本能够控制马铃薯株距保持一致,并降低重播漏播率,提高播种精度,改善播种质量。