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。

高低温下不同材料引起步进电动机轴承卡滞问题研究

基于有限元分析平台ANSYS Workbench,在高温95℃和低温-60℃下,分别对采用不同材料的步进电动机进行了仿真分析。仿真结果发现了高低温下由材料不同引起步进电动机出现轴承卡滞问题的主要原因,提出了改进措施,并通过实验验证了该措施的可行性,为类似步进电动机的结构优化提供了参考。

核酸提取装置的移液精度优化设计研究

为了提高核酸提取装置的移液精度和稳定性,以基于空气置换原理、活塞驱动方式的移液模块作为研究对象,提出了一种基于正弦函数的S型加减速曲线算法,并将其与匀加减速、抛物线型加减速曲线算法进行了仿真对比和实验验证。结果表明:采用基于正弦函数的S型加减速曲线算法的核酸提取装置,在移液量为10μL、20μL、50μL、100μL和200μL的不同工作条件下,移液精度均取得了显著的提升,同时实验数据的CV值满足JJG 646-2006移液器检定规程。

基于Arduino Mega2560单片机的智能物料运输车设计

为实现自动化物料运输能力,设计出一款以Arduino Mega2560单片机为控制核心,采用舵机控制模块、OpenMV摄像头模组、步进电机驱动模块等硬件的智能物料运输车。通过Arduino和OpenMV的上位机进行软件编程,实现物料运输车多功能全自动运行,包括利用3自由度机械臂与垂直升降滑块装置结合的抓取装置抓取与摆放物料;采用8路灰度传感器对地面标识线寻迹进行路径规划,同时运用微雪电子扫码模块获取物料信息和物料抓取顺序,并搭配OpenMV视觉识别模块对物料颜色和位置进行判断;通过麦克纳姆轮进行全向移动。在模拟智能制造工厂的物料加工场景下,进行了系统编程控制过程实验。结果表明:所设计的运输车能够在4 min内完成物料抓取区、粗加工区、成品区的全套流程,同时区域移动准确率达标,完全能满足现代智能制造工厂高效率、高精准率的设计需求。

混合式步进电机空间矢量PWM逆变器死区补偿策略

针对步进电机传统开环控制运行效果欠佳的问题,结合矢量控制算法对两相混合式步进电机进行控制,通过逆变器产生正弦波电流对电机进行驱动。由于步进电机气隙磁场畸变和PWM逆变器的死区效应,使步进电机的运行电流掺杂大量谐波,低速工作时尤为严重。为了改善电机低速运行性能、抑制谐波干扰,结合混合式步进电机矢量控制的电流环进行优化,通过自适应线性神经网络(ADALINE)算法将谐波进行提取与抑制,然后进行电流方向判断,对逆变器的输出进行补偿。实验证明,所提出的补偿策略能够有效抑制两相PWM逆变器的电流谐波,改善波形、降低电机低速运行的转矩脉动。

基于STM32单片机的智能窗户设计

智能窗户以STM32单片机为核心,通过雨滴传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器采集数据,以蜂鸣器为响应装置,步进电机作为驱动装置,实现窗户在感知温度、湿度变化时的智能开关;温湿度传感器与烟雾传感器相互配合,当出现火灾时及时打开窗户并使蜂鸣器报警;当感知有人靠近窗体时人体红外传感器将信号传递至单片机,使窗户执行相应动作并使蜂鸣器报警;当下雨天气时雨滴传感器接收信号传递至单片机并控制电机启停,使窗户及时做出相应的动作。

基于电子阀工况的永磁步进电机剩余寿命预测

微型永磁步进电机作为电子阀核心器件,其运行状态对电子阀能否正常执行操作有着直接影响。为了准确掌握电机剩余寿命情况,提出了一种考虑个体差异Wiener过程的剩余寿命预测方法。首先通过分析电机性能退化失效过程,选取相电流有效值作为性能退化特征量;其次由于同型号多台电机同时参与实验,建立考虑个体差异Wiener过程的电机性能退化模型并基于EM算法进行参数估计;最后,设计一种将启停次数作为电机剩余寿命参考的实验,并与基于传统Wiener过程的预测结果进行对比。实验结果表明所提方法平均预测误差下降了3.74%,具有更高的预测精度。

基于COMSOL分析步进电动机故障的电流和磁场变化规律研究

步进电动机是电力系统稳定运行的关键设备之一,当步进电动机在运行过程中出现故障,将直接导致电力系统的停运,给电力企业带来经济损失,需要对步进电动机内部故障原因进行研究。通过COMSOL有限元分析及建模的方式,对步进电动机的失步故障和开路故障所引起的电场和磁场的变化展开了研究,分析了在5种不同频率下失步故障和开路故障所引起的电场和磁场的变化规律,以提高对步进电动机故障诊断的效率。

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°。

步进电机的PLC控制系统设计

首先,设计了步进电机调速电气控制系统的总体方案,并根据相应模块,对现有步进驱动功能模块的功能进行了分析和选择。主要包括PLC控制模块、传感器模块、电机驱动模块、电源等部分。其次,给出了步进电机调速电气控制系统编程工具控制传感器和控制电机的具体程序,并实现了自动循环定位。在现场实验中,调试出了系统多个工作模式的具体方法,分析了步进定位的物理对象,并在其中加入了人机界面,实现步进电机调速系统的可视化。

基于单片机的智能垃圾桶设计

随着社会的发展,人们越来越注重环保,不断加强环保意识。同时,人们对于垃圾桶的要求也越来越高。垃圾桶是人们日常生活中必不可少的一部分,在公共场所必须配备大量的垃圾桶以满足人们的需求。但是,现有的垃圾桶存在的问题是,垃圾长时间存放会产生异味并且导致细菌滋生,从而会引发疾病。为了减少这些问题的出现,人们越来越注重垃圾桶的实用性和功能性。基于此,设计了一种以单片机为控制芯片的智能垃圾桶,这种垃圾桶能够实现自动检测功能、自动开盖功能、语音提示功能、物业反馈功能。此外,这种垃圾桶通过太阳能板实现供电并且通过活性炭隔绝异味。在未来,这种垃圾桶投放在居民区或者是写字楼,不仅可以提高垃圾清理效率,而且可以使环境变得更加美丽。

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。

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。

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。

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51单片机的步进电机调速控制风扇系统设计

介绍了反应式步进电机工作原理及工作方式,基于步进电机技术及风扇运行特点,对风扇控制电路和风扇系统控制程序进行了设计,并利用Keil C51对控制系统进行了软、硬件调试和仿真实验。实验结果表明:设计的调速控制系统电路及程序能满足风扇调速和转向的控制要求。