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。

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。

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。

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Simulink仿真的施肥机模糊神经网络PID控制方法

【目的】农用电气设备的部件十分复杂,易受到环境因素的影响,无法准确控制施肥量,故障频发。因此,需要一种成本低、运行稳定、施肥量控制精确、受工作环境影响小的施肥机控制系统。【方法】本研究采用模糊神经网络PID控制方法,将机器学习和非线性模糊控制方法引入传统PID控制器中,并基于MATLAB中Simulink仿真平台建立了模糊神经网络PID控制系统仿真模型。【结果】该模型可以根据模糊规则进行练习和学习,通过控制步进电机的转速和旋转角度来控制施肥量,神经网络还可以持续自动学习并动态改进系统的控制参数,以适应不断变化的农田作业环境。【结论】该模糊神经网络PID控制系统自我矫正能力强,可抵抗环境干扰,控制效果显著。

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。

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。

基于单片机的步进电机控制系统探究

近几年,随着步进电机控制技术的发展,我国步进电机的控制技术取得了长足的发展,其应用范围也逐渐扩大。首先讨论了步进电机的基本组成、工作原理和应用价值,并分析了步进电机的单片机控制系统的设计要点,并讨论了其单片机的实现方法。

用于核酸提取样本容积最优化的等频率运动控制

为实现核酸提取振荡运动下样本容积最优化,将等频率运动控制算法应用于核酸提取过程中,通过提高核酸提取运动过程的平稳性,使振荡运动下核酸样本容积得到有效提升。基于搭建的STM32高精度控制平台,通过等频率离散化的方式控制步进电机使用Sigmoid曲线实现加减速过程,实现步进电机的平滑、精确控制。提出的等频率离散加减速运动控制算法可解决变速过程中速度变化不平稳问题。对比等时间采样的实验表明,相同实验参数下,采用等频率离散的方式比等时间离散能更快达到目标频率。在精度对比上,采用等频率离散的方式在定位精度上比等时间离散法提高39.47%。在核酸提取应用中,等频率离散法比等时间离散法可有效提高核酸样本容积20.62μL。与传统Sigmoid函数模型实现S型曲线加减速控制算法相比,等频率离散法可提升运动定位精度使抽提过程更加顺滑,有效提高了核酸提取振荡运动下的样本容积。

基于单片机的视标投影仪设计

阐述一种用于视力检查的视标投影仪设计,该系统使用红外遥控器发出操作指令,采用单片机作为控制芯片控制步进电机的转动,带动视标盘和遮板盘,实现数百种视标的组合。操作者可以根据检查习惯和常用场景,设置用户个性化程序检查模式,提高检查效率。

基于IHF-PLL^(3)rd的混合式步进电机主动式阻尼控制

混合式步进电机本身阻尼极小,在实际运行过程中经常会发生振荡过大、甚至失步的问题。为提高步进电机的控制品质,提出一种基于三阶锁相环(third-orderphaselocked loop,PLL^(3)rd)-积分谐波滤波器(integral harmonic filter,IHF)的步进电机主动式阻尼控制方法。首先,主动式阻尼控制是利用同步d-q坐标系调节定子电流,其中控制id恒定为额定电流,调节iq生成瞬时转矩以抑制振荡。其次,为实现转速闭环达到增加电机阻尼的目的,提出一种PLL^(3)rd与IHF相结合的转速观测方法。其中,PLL^(3)rd可消除电机加减速过程中的稳态误差,而IHF可以有效滤除电机反电势中的高次谐波分量,该方法解决了传统微步控制中只减小了振荡幅度但是没有改变控制系统阻尼大小的问题。最后,通过实验验证所提方案的有效性。