步进技术

步进技术（共12篇）

步进技术 篇1

摘要：在国内外的TBM隧道中, 由于始发或过站等原因, 掘进机的平移作业时有出现, 但是难度极大。通过设备研发和工艺创新, 并通过多次试验和现场实践, 实现了在长距离、小曲线半径的隧道中的复合式TBM的空推平移作业, 突破了此前的技术桎梏, 满足了安全快速施工的要求, 取得了良好的成效。

关键词：复合式TBM就位,步进技术,小半径平洞,施工工艺

0前言

重庆市会展中心市政交通工程位于重庆市北部。其中礼嘉站-平场站区间和平场站-黄茅坪站区间为复合式TBM区间, 由1、2、3、4四台复合式TBM需从平场站两端始发, 分别向礼嘉站和黄茅坪站方向开始掘进。平洞与正线隧道的TBM始发端钻爆段施工完成后, 即可进行复合式TBM的平移作业。其中TBM步进通道的最小转弯半径为150 m, 坡度为30‰, 属于小半径平洞。

重达数百吨的复合式TBM主机及后配套设备长距离平移通过步进通道时, 易出现地面塌陷、摩擦力过大导致步进困难等一系列问题;同时在通道的转弯段, 复合式TBM在平移过程中, 易出现设备倾斜、卡机等事故。因此, 制定合理可行的TBM的步进方案, 成了本工程亟待研究解决的问题。

1 平移方法分析比选

本工程两条复合式TBM步进通道分别长200多m, 曲线半径150 m, 在转弯半径如此小的隧道中完成复合式TBM的平移, 在国内尚属首次, 因此, 平移方法的选择非常关键。

通过对复合式TBM各种平移方法的特点分析和比选, 并结合国内外TBM工程的类比分析和经验总结, 本工程最终确定采用钢轨直推法的步进方案:步进小车和复合式TBM主机直接放置在钢轨上, 再配合反力装置及辅助工具, 在液压油缸的推力作用下向前移动至始发位置。本方案的施工重点, 是如何防止在步进施工时出现设备倾斜、地面塌陷、由于摩擦力过大无法步进等事故。施工过程中应结合这些问题, 对施工工艺进行针对性的优化研究。

2 空推步进技术方案

2.1 步进施工力学计算

1) TBM主机顶升力计算。根据TBM初步设计参数, 全部组装好的主机总重约300 t, 外加步进小车及钢板约20t, 需要顶升的总重量取G=320 t。施工时选用4根100 t液压油缸。根据施工要求, 在平移换步作业底部钢板向前移动时, 顶升油缸的伸缩量取300 mm。

2) TBM主机前进推力计算。在油缸推力作用下向前移动的部件包括TBM主机和步进小车, 其总重量G=320 t。

步进的阻力主要考虑步进小车在底部钢板上的滑动摩擦力:

式中:f为理论滑动摩擦力;μ为动摩擦因数, 钢与钢之间的摩擦系数取0.15;G为TBM主机与步进小车总重量;θ为坡度夹角, 本方案中取tanθ=0.002。

为保证油缸提供的推力能够满足要求, 进行设备配置时按安全系数2.0考虑, 即推进总阻力为48.25×2.0=96.5 t。选择2根液压油缸进行推进作业, 每根油缸最低的推力为96.5 t/2=48.25 t。实际施工时选用2根60 t的液压油缸。本工程步进通道的曲线半径较小, TBM主机和步进小车在前进中的调向操作难度高。因液压油缸的最大行程越大, 对调向操作越有利, 故选择伸缩量为2 000 mm的液压油缸。

2.2 主机步进前准备工作

1) 制作步进小车。步进小车根据线路高程和线路走向参照始发架进行设计制造, 并在底座焊接δ20钢板, 以便保证步进小车与钢轨的接触面积和滑动顺畅。步进小车的结构如图1所示。

2) 洞内底板的准备。洞内底板的准备工作包括:平整洞内底板和铺设钢轨、钢板。为便于钢板的移动, 在平洞或正洞内安装一台卷扬机;为了便于底部钢板的移动, 在平洞内右侧靠底板处多处设置牵引转向点, 在TBM主机步进之前安装好卷扬机。小车底部钢板为δ20钢板, 钢板上每隔500 mm焊一块反力座底板。

3) TBM主机洞外组装。待人员、场地和材料准备完毕后, 开展复合式TBM的进场和组装工作。主机组装前将步进小车直接放置于铺设好的钢轨上, 然后按顺序进行组装。组装时后配套与主机之间的所有管线均不连接, 待TBM主机定好位及后配套到位后再进行连接和调试。

4) TBM主机固定。用钢板将TBM主机壳体之间相对有活动部分焊接成一体, 再用A3钢板 (300 mm×300 mm×30 mm) 每隔一定距离按一定角度把TBM主机与始发台焊接成整体。

5) 主机步进准备。在步进小车尾部焊接两个步进支承座, 在场地铺设的钢板上安装步进反力座, 同时准备一级2×60 t的油缸以用于TBM主机步进。在TBM主机两侧焊接4个100 t油缸支撑座, 分别把4个油缸连接在支撑座上, 在需要时把TBM主机顶升抬起。推顶主机前进的液压泵站放置在盾尾内或步进油缸与盾尾之间, 同时准备8根足够长的高压油管。准备φ80 mm, 长500 mm的圆钢以便于TBM步进过程中的调向。

2.3 主机步进施工

1) 钢板的放置。TBM主机步进之前需先在步进小车底部安放钢板。将4个100 t液压千斤顶的油管及泵站电源接好, 把单个顶升液压千斤顶油缸伸出至支撑面, 计录泵站压力, 并参考此值为将其余油缸伸出。待全部油缸调整好后, 同时操作4个油缸慢慢顶升TBM主机。

2) 步进作业。首先将2个60 t的步进油缸及反力座安装好, 再将泵站、油管及油缸连接好并安装到位。课题组自主研发了一种利用钢轨及辅助构件提供反力的装置。该反力装置的使用原理是, 在已经铺设好的轨道上再重叠放置一根钢轨, 利用专门设计的固定板和中间夹板将上、下两条钢轨临时固定成一个整体。步进小车连同TBM主机在下部钢轨上滑行, 千斤顶支撑在上部钢轨的端头, 从而由上部钢轨提供步进反力, 并将该反力通过固定板和中间夹板传递至下部钢轨。待设备安装就绪, 进行TBM主机步进。

(1) 启动泵站开启两边的步进油缸, 使油缸伸出顶紧步进小车上的步进挡板, 保持步进油缸压力一致, 同时开动两边的步进油缸, 推动TBM主机前进, 直至步进油缸伸至满足技术要求的位置, 如图2所示。

(2) 将油缸缩回, 松开钢轨上面固定板处的固定螺栓, 将上部钢轨向前移至合适位置, 重新用固定板和固定螺栓将上部钢轨安装好。根据固定板与油缸距离增设或调整中间夹板, 使夹板间距保持为约1 000 mm并左右对称。

(3) 重复 (1) ~ (2) 步, 使主机和步进小车前移至尽可能靠近底部钢板前端的位置。

(4) 换步作业。按照放置底部钢板时的操作方法, 用顶升油缸将TBM主机及步进小车缓慢顶起, 使其脱离底部钢板约1 cm。然后用卷扬机或手动葫芦把钢板前拖, 直至步进小车尽量靠近钢板尾部且满足步进油缸工作要求的位置。在拖动钢板纵向位置到位后, 调整钢板的横向位置, 然后收起千斤顶, 使TBM主机连同步进小车落到钢板上。

通过步骤 (1) ~ (4) 的循环, 即可使TBM不断前移直至到达始发位置, 作业现场实景见图3。

3) TBM的步进调向与纠偏。平移过程中, 步进小车必须随步进通道的转弯而调向, 同时由于施工误差, TBM和步进小车在前进时偏离预计中心线也是不可避免的, 此时需及时采取有效措施, 调整主机和步进小车的前进方向。经广泛的资料调研和施工现场进行的多次实验, 总结出三种行之有效的调向与纠偏方法如下。

(1) 利用单边的步进油缸在步进过程中进行调向。此时根据调整方向, 选择单边油缸动作, 另一边油缸停止或慢伸, 使步进小车在不平衡水平力作用下实现转弯。

(2) 利用滚轴进行调向。滚轴的安放方法与安放钢板的方法相同, 先用顶升油缸顶起步进小车, 改变滚轴的方向, 使每一根滚轴都正对着拟转弯的方向, 然后再收回顶升油缸, 用单边步进油缸缓缓推进, 并随时调整方向。

(3) 在TBM主机侧面用千斤顶进行调向。利用边墙提供反力, 在TBM主机侧面用千斤顶推动步进小车进行调向, 此时步进小车底部的钢板也要作相应移动。

在这三种方法中, 方法 (1) 适合转弯角度较小的情况, 方法 (2) 适合转弯角度较大的情况, 一般情况下可用方法 (1) 和 (2) 相结合使用以解决问题。如果 (1) 、 (2) 方法达不到作业要求, 采用方法 (3) 。

2.4 主机始发定位

主机步进到位后, 利用2个200 t和2个300 t油缸将主机及步进小车抬升, 抽出底部钢轨及轨枕, 并根据测量技术交底对小车及主机进行定位。

2.5 后配套步进施工

后配套设备采用有轨运输方式完成平移, 由电机车提供平移动力。用于主机步进的轨枕尺寸满足后配套的步进要求, 因此无需为后配套拖车另行铺设钢轨, 只需移铺外侧钢轨放入电机车轨线位置即可。

根据隧道设计要求, 且为了便于施工, 始发位置与后配套拖车处于同一水平面, 但根据复合式TBM施工要求, 后配套拖车水平面与始发架位置有一定高度差, 故此时需将后配套拖车抬高到要求位置。根据高差要求, 同时为了实现快速施工并降低成本, 选用型钢加工字钢结构, 按一定坡度进行铺设调整, 直至第1节拖车前端行走钢轨达到设备设计高差要求。

轨道铺设完成后, 在1#拖车上焊接加装一个横梁作为牵引设备的连接点, 利用电机车直接将1#拖车和设备桥牵引至设备桥前端安装位置, 利用支洞顶预埋点或盾尾上焊接的吊点将设备桥与主机连接, 再将其他后配套拖车牵引到位。由于步进通道转弯半径太小, 后配套拖车无法进行整体牵引, 因此分节进行牵引, 在三岔口将设备桥与1#拖车拼装到位再进行依次安装。

3 步进施工效果评价

1号和2号复合式TBM于2010年8月28日开始步进作业, 作业流程为首先完成2台主机的步进, 然后进行2套后配套拖车的步进。由于施工初期经验不足, 1、2号复合式TBM的步进作业时间较长, 总计耗时23 d。

3号和4号复合式TBM于2010年10月23日开始步进作业。在总结了1号和2号复合式TBM的步进经验后, 本次作业的顺序调整为首先完成单台主机与后配套拖车的步进, 再完成另一台TBM的步进作业。最终, 3号复合式TBM耗时14 d步进到位, 4号复合式TBM仅耗时12 d步进到位, 单日最大步进距离超过了100 m。

4 结论

通过设备研发和工艺创新, 并通过多次的试验和现场实践, 本工程在长距离、小曲线半径的隧道中顺利完成了复合式TBM的空推平移作业, 突破了此前的技术桎梏, 满足了安全快速施工的要求, 取得了良好的成效, 并可得出以下结论。

1) 通过工期、成本、技术要求等方面的综合研究和比较, 选择了合理的施工方法, 安全快速完成了复合式TBM在长距离小半径曲线平洞的步进, 最小转弯半径为150 m, 属国内首创。

2) 通过自主研发得出了一种结构简单、制作方便、安装简便的步进反力装置, 并在实际施工中取得了良好的使用效果。

3) 从步进作业的效果看, 本工程选用的步进方式安全合理, 很好地满足了工程施工需要, 为今后类似工程也提供了较有价值的参考经验。[ID:003175]

参考文献

[1]陈馈, 张兵.重庆地铁六号线一期工程TBM法施工技术[J].建筑机械化, 2011, 32 (5) :52-55.

[2]赵清泊.西秦岭特长隧道TBM步进段弧形基础的设计与施工[J].路基工程, 2011, 29 (2) :175-177.

[3]李南川.秦岭隧道TBM掘进步进施工技术[J].隧道建设, 2011, 31 (11) :43-48.

[4]陈大军.兰渝铁路西秦岭隧道TBM步进技术[J].隧道建设, 2011, 31 (11) :6-13.

[5]田皓文.敞开式TBM步进过站技术研究[J].低温建筑技术, 2013, 35 (2) :114-115.

步进技术 篇2

2017-10-13----------<强狮MBO就渔人广场9月份工作内容呈报会晤>

与会人员：强狮方立项负责人：袁剑锋 项目运作副总：冯晓雯

项目设计总监及招商运营总监（2人）； 渔人广场项目负责人：刘总、部长、（3人）； 小镇建设部：蔡部长（3人）

工作呈报演示：袁总

会议地点：干览镇镇政府4楼会议室

会议重点：强狮公司9月份工作内容呈报及下一季工作重点概述 会议时间：10-13-17 本次会议以强狮公司9月份工作内容为依据延展开来，着重将渔人广场视觉传达部分的设计内容进行阐述，并将广场LOGO设计的四套备选方案逐一进行演示讲解，建议将“远洋渔业的港湾”作为远洋渔业小镇的口号，阐述了其蕴含的深远意义。综述9月份的工作内容后，将10月份的工作计划纲要进行分项呈报；

我公司还就远洋渔业小镇现存环境及今后呈现效果提出相应意见建议，在渔人广场倡导“消费与生活”的概念，力打“服务牌”激发就近消费群体对广场的运营刚需，挖掘西码头“老底子”的明星小业态，深化以餐饮为轴心的“逛吃”休闲街区。

袁总提出将法国国际海钓争霸赛的赛址落地到远洋渔业小镇，以此为延展进行公关事件行销，形成一年一度的赛事及水上用品休闲展等一系列的事件营销。

在会晤中刘总再次强调弱化西码头的惯称方式，深化渔人广场的推广，袁总提出也可在广场内形成智慧海洋的孵化基地。陈总在会议结束前抵达会议现场，并就渔人广场的LOGO设计提出有效可行改进意见，同时要求我们对广场内的垃圾箱进行景观化设计，并要求我们参加综合体工程方与九米设计公司接洽会议。

工程方、设计方、策划公司三方会晤主要内容

重点议题：本次会议就渔人广场及远洋渔业小镇整体调性的打造，招商前期工作的部署，招商业态对店面基础配备要求进行必要的论证分析。

1.工程方林指挥提出：由于招商工作对业态布局方案无法确定，原定的影院院线的建设经多方论证后暂不实施；

2.策划公司提出小镇景点匮乏，必须利用其它业态对客群进行分流，才能扬长避短保障商圈持续繁荣；

3.九米设计公司提出：餐饮业态的店面在基础配备中上下水管道、厨房位置、洗手间位置要求明确，不然无法实施招商工作，策划公司袁总回复：不存在此类问题，所有商圈对管线都是做统一规划的，但会做好相应预留储备，商家进驻后需要变更位置，可根据基础管线预留自行续接或施工改建；

4.策划公司袁总提出部分精品小业态可做到拎包经营，起到提升招商力度优化业态引进的力度；

※陈总对小镇整体业态布局提出总结性规划：由于现有可利用店面非常有限，在招商业态布局上一定要慎重考量，如科探中心、渔文化体验馆等重点业态周边，合理植入小而精的半开放式配套店面，即能良好的服务客群又能提升商圈综合利用率，将大型互动游戏与科探中心相结合，将游玩、亲子、品尝全世界的海鲜美食等主题打造成为小镇IP，从而形成海鲜餐饮体验街区与亲子游乐街区互成一体的良好局面。

综述强狮公司首次工作呈报会晤整理如下：

※ 注： 1.会议指示所涉问题、时间节点、解决方法、一并记录备案，公司总办将根据会议所示的工作项目跟进步进结果，并作为执行依据；

2.上述会晤内容以邮件形式转呈与会领导；

3.本公司专项备案作为工作跟进依据。

我方将根据工作进程执行落地并择期进行再次呈报会晤。

专此奉达 感谢垂鉴

强狮公司项目负责人： 小镇建设部审核签字：

浅谈频率步进雷达及其系统实现 篇3

关键词：频率步进信号

1 频率步进信号理论

采用矩形子脉冲合成频率进步信号是比较典型的做法，当频率进步信号的合成带宽一定时，其距离分辨率也就决定了，而矩形子脉冲模式下，脉冲重复频率决定了雷达的不模糊作用距离，重复频率越高，不模糊距离越大，相应数据率就很低，反之数据率就会很高，因此矩形脉冲的数据率与不模糊作用距离就成了一对矛盾。用CHIRP子脉冲代替矩形脉冲，可以解决数据率与作用距离的关系，子脉冲为CHIRP的频率步进信号称为调频步进信号。

2 调频频率步进信号处理流程

对于调频步进信号处理，首先要进行子脉冲匹配滤波得到压缩后的窄脉冲，其次对窄脉冲作脉间IFFT处理。调频步进高分辨处理成像。

上述关于调频步进信号处理的方法是在目标静止的前提下，实际目标经常是运动的，其处理方法也会有所不同。

3 宽带频率步进雷达系统的设计

3.1 参数设计

本文参考CAMBER雷达的设计方法，采用脉冲压缩比为320的线性调频信号，脉冲宽度20微秒，占空比20%，重复频率10K。权衡系统的各方面性能及同时能满足所需的距离分辨率要求（0.3米），信号的合成带宽定为1024M赫兹，调频点设计为128个，子脉冲带宽16M赫兹。

3.2 系统总体组成及部件设计

3.2.1 频率综合器设计

频率综合器主要实现宽频带雷达信号的产生，包括中频信号生成和射频信号生成两个部分。其中中频信号的产生采用直接数字频率合成原理（DDS），射频段则采用倍频器和混频器实现。

3.2.2 接收机设计

信号经过腔体滤波器引起功率损失1dB，最后一级中频滤波引起功率损失3dB。每个隔离器引起的功率损失为0.5dB，此外在两次变频时，会引起回波功率的大幅降低，下降10dB，功分器引起4 dB功率损失，因此整个接收之路会引起功率下降31dB。接收机输入信号动态范围为-106～-30dB，接收机噪声系数4dB，中频输出信号距中心频率1.5倍信号带宽外谐波抑制可达45dBc。

3.2.3 处理机系统设计

该系统信号处理机应包括如下功能：

①对工作时序进行控制，保证整个雷达系统的正常工作；②对A/D 中频采样的进行数字接收处理，完成数字正交下变频和滤波抽取；③采用相位导出测距和测速算法实现目标径向距离和速度的精确测量；④利用精确测量获得的速度信息，对目标回波进行速度补偿，使用频域拼接法得到高分辨一维距离像；⑤通过基于宽带模糊函数的多帧联合处理算法，完成目标的二维高分辨成像；⑥利用多天线干涉的工作机理完成目标角度的测量。

3.2.4 信号处理机硬件结构

①中频采集单元采用一块ZD_6ADC_400M数据采集板实现，该板采用FPGA+ADC思想，采用标准cPCI+ZD总线架构所构建的采集板卡。板载2片高性能Virtex5系列SX95T芯片，可以同时实现6通道数据同时采集，分辨率达14bits，采样频率为20～400Msps，触发电平为3.3VTTL。②定时单元采用一块ZD_TCR通信定时板，该板基于cPCI 6U标准板型通信定时时钟板。板载1片高性能FPGA 芯片Virtex IV，提供PCI、内部自定义总线、同步总线、LINK、UART、GPIO。③处理单元采用三块T2FP6U_4DSP_ZD信号处理板，该板基于高性能DSP芯片TS201实现，采用标准cPCI+ZD总线架构所构建的信号处理板卡。单板载有4片TS201芯片，处理能力达14.4GFLOPs，每片含有四个Link接口，可实现片间互联、与FPGA和底板互联等；板间定义了定时同步总线，并通过CPLD与DSP中断、FPGA相连。④存储单元采用一块ZD_FLASH存储板，该板采用Virtex5 Pro系列FPGA+C6455系列DSP的架構，集成多片Nand Flash，单板存储容量可达384GB～1.5TB，单板持续存取带宽大于600MHz，对外接口采用RapidIO。⑤通信接口单元采用一块后IO接口板，该板非通用型板卡，主要采用AM26LS31系列芯片，主要功能是接收外部输出的各类信号，将RS422差分信号转换为TTL信号输入；将TTL信号转换为RS422信号输出。⑥信号处理机各单元之间数据传输采用一块SRIO_Switch_ZD板实现，该板基于高性能SRIO交换芯片Tsi568A和TMS32C6455实现数据交换，采用标准cPCI+ZD总线架构，提供RapidIO、以太网以及PCI标准总线接口等。

4 结语

本文分析了基于调频频率步进宽带信号雷达系统设计实现，从调频频率步进信号原理、X波段频率步进雷达系统设计，本文主要完成对调频频率步进信号原理分析及X波段频率步进雷达系统设计。

当前关于X波段频率步进雷达系统已经取得初步效果，还需要进一步深入研究改善系统的性能。对系统存在的幅/相误差，研究更加有效的补偿算法，将系统误差

步进技术 篇4

关键词：FPGA,步进电机,加减速,方向控制

1、引言

随着步进电机广泛地应用于数字控制系统中作为伺服元件, 对步进电机在实时性和灵活性等性能上的要求越来越高。那么如何灵活、有效地控制步进电机的运转成为研究的主要方向。这里采用现场可编程逻辑门阵列 (Field P r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y, FPGA) , 通过VHDL语言编程来实现四相步进电机的控制。利用FPGA设计具有以下优点:

硬件设计软件化:FPGA的开发在功能层面上可以基本上脱离硬件而在EDA软件上做软仿真。当功能确定无误后可以进行硬件电路板的设计。最后将设计好的, 由EDA软件生成的烧写文件下载到配置设备中去, 进行在线调试, 如果这时的结果与要求不一致, 可以立即更改设计软件, 并再次烧写到配置芯片中而不必改动外接硬件电路。进行分层模块设计后系统设计变得更加简单, 在实时性和灵活性等性能上都有很大的提高, 有利于步进电机的运动控制。

高度集成化, 高工作频率:一般的FPGA内部都集成有上百万的逻辑门, 可以在其内部规划出多个与传统小规模集成器件功能相当的模块。另外, 一般的FPGA内部都有PLL倍频和分频电路模块, 这样可以在外部采用较低频率的晶振而在内部获得较高频率的时钟, 进一步解决了电磁干扰和电磁兼容问题。

2、控制系统的硬件组成

步进电机控制的最大特点是开环控制, 不需要反馈信号。因为步进电机的运动不产生旋转量的误差累积。由FPGA实现的步进电机控制系统结构如图1所示。控制系统中的核心芯片是FPGA, 如虚线所示。它由两大功能模块组成:移位定位控制模块和方向控制模块, 其中, 移位控制模块的核心是锁相环PLL宏模块电路, 它在不同速度控制信号作用下, 可将经时钟分频器分频后的系统时钟改变为不同的P W M信号, 将此信号作为速度控制模块的变频时钟, 可达到改变步进电机速度的目的。方向控制模块的核心是脉冲分配电路, 在每一个变频时钟周期内, 脉冲分配器可在不同的方向控制信号下产生不同方向的步进时序脉冲, 从而控制步进电机顺时针或逆时针转动。

步进电机的驱动电路根据控制信号工作, 将FPGA提供的弱电信号放大为步进电机能够接受的强电信号。FPGA提供给驱动器的信号主要有步进脉冲信号CP和方向控制信号DIR, 可用于步进电机的转向控制, 通过改变发出的脉冲频率可以进行步进电机的速度控制。

3、步进电机的F P G A的控制

3.1 步进电机的加减速控制

从步进电机的矩频特性可知, 步进电机的输出转矩随着脉冲频率的上升而下降, 启动频率越高, 启动转矩就越小, 带动负载的能力就越差, 启动时容易造成失步, 而在停止时又会发生过冲。要使步进电机快速地达到所要求的速度又不失步或过冲, 其关键在于使加速过程中加速度所要求的转矩既能充分利用各个运行频率下步进电机所提供的转矩, 又不能超过这个转矩。因此, 步进电机的运行一般要经过加速、匀速、减速三个阶段, 要求加减速过程时间尽量的短, 恒速时间尽量长。特别是在要求快速响应的工作中, 从起点到终点运行的时间要求最短, 这就必须要求加速、减速的过程最短, 而恒速时的速度最高。而以前升速和降速大多选择按直线规律, 采用这种方法时, 它的脉冲频率的变化有一个恒定的加速度。在步进电机不失步的条件下, 驱动脉冲频率变化的加速度和步进电机转子的角加速度成正比。在步进电机的转矩随脉冲频率的上升保持恒定时, 直线规律的升降速才是理想的升降速曲线, 而步进电机的转矩随脉冲频率的上升而下降, 所以直线就不是理想的升降速曲线。因此, 按直线规律升降速这种方法虽然简单, 但是它不能保证在升降速的过程中步进电机转子的角加速度的变化和它的输出力矩变化相适应, 不能最大限度的发挥电机的加速性能。改变这一状况的办法就是寻求按指数规律升降速的离散控制算法, 经多次运行, 以达到预期目标。

由步进电机的动力学方程和矩频特性曲线, 在忽略阻尼转矩的条件下, 可以推导出如下方程:

该方程为步进电机的升速特性, 由此可绘制出电机升速曲线, 如图2所示。该方程表明驱动脉冲的频率f应随时间t作指数规律上升, 这样就可以在较短的时间内使步进电机的转速上升至要求的运行速度。鉴于大多数的步进电机的矩频特性都近似线性递减的, 所以上述的控制规律为最佳。

将上升段均匀地离散成几段, 即为阶梯升速的分档数。对于每档的上升时间、频率、各分档速度的运行步数及总的升速步数计算出来, 并将相应的数据编入程序中。程序执行过程中, 对每一档速度下运行的步数都要进行减1运行, 当减至0时, 表明该档速度应走的步数已经走完, 再进入下一档速度, 直至循环到给出的速度大于或等于给定的速度为止。减速过程与之刚好相反。

3.2 步进电机的方向控制

方向控制模块的核心是脉冲分配电路, 它的两个输入信号, 一个是P W M信号构成的变频时钟, 每输入一个P W M脉冲, 脉冲分配器的输出时序将发生一次变化, 从而使步进电机转动一步;另一个是方向控制信号, 它的不同状态将使脉冲分配器产生不同方向的步进时序脉冲, 从而控制步进电机的转动方向。若步进电机采用四相八拍的控制方式, 定子通电顺序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。则方向控制模块的状态流程图如图3所示。其中D=1表示电机顺时针转动, D=0表示电机逆时针转动。

4、结论

当前对步进电机的控制的方法比较多, 采用FPGA控制步进电机的方法有效地克服了工作现场的电磁干扰对控制器件的影响, 同时由于通过编程的方法使得控制过程具有相当的灵活性, 可以满足用户的不同要求, 简化了硬件设计, 降低了成本。因此FPGA控制步进电机的方法得到了广泛的应用。

参考文献

[1]刘宝廷, 程树康, 等.步进电动机及其驱动控制系统[M].哈尔滨工业大学出版社.1997

[2]贡亚丽, 王文明.FPGA在步进电机控制中的应用[J].电子技术.2007, 05

[3]林海波.步进电机恒力矩均匀细分驱动器的设计与实现[J].自动化技术与应用.2003, 22

步进电机实习心得 篇5

步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。

4改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。

因此，目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。

步进电机原理

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

我们使用的单极四相步进电机为例。其结构如图1：

四个绕组引出四相(相A1相A2相B1相B2)和两个公共线(接到电源的正机)。把绕组的某一相接到电源的地线。这样该绕组就会受到激励。我们采用四相八拍的控制方式，即1相与2相交替导通，这样可提高分辨率。每一步可转0.9°控制电机正转的励磁顺序如下表：

若要求电机反转，将励磁信号倒过来传送即可。 2 [1]控制方案

控制系统的框图如下

本方案采用AT89S51作为主控制器件。它与AT89C51兼容，同时还增加了SPI接口和看门狗模块，这不但使程序调试变得方便而且也使程序运行更加稳定。在方案中该单片机主要实现现场信号的采集并计算出步进电机运转的方向和速度信息。然后传送给CPLD。

基于PLC的步进电机综合控制 篇6

关键词：步进电机 PLC 转向控制 速度控制

0 引言

可编程序控制器（PLC）是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置[1]。PLC广泛应用于逻辑控制、顺序控制等工业现场中。步进电机是将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行元件，每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，脉冲持续的输入，电机便不停转动，它是数字控制系统中常用的执行元件[2]。本文采用西门公司S7-200中的CPU226为主机，利用子程序调用形式实现步进电机正转和反转运行控制，利用定时中断方式实现步进电机中速和高速运行控制。

1 控制要求

闭合控制开关后，步进电机先低速（脉冲周期为2s）正转运行，0.5min后步进电机自动实现中速（脉冲周期为1s）运行，再过0.5min后步进电机自动实现高速（脉冲周期为0.5s）运行；步进电机在运行期间可随时进行正转和反转转向切换，任意时刻断开控制开关后步进电机立即停止。

2 步进电机工作原理

步进电机按照控制绕组的数量可分为两相步进电机、三相步进电机、四相步进电机、五相步进电机和六相步进电机等，本文以常用的四相步进电机为例介绍步进电机的转向和速度控制。四相步进电机各相分别为A、B、C、D，可采用单相励磁方式，即每种状态只有一相励磁，各相循环励磁，只要改变励磁顺序，即可改变步进电机转向。其正转励磁顺序为：A→B→C→D→A；反转励磁顺序为：D→C→B→A→D。步进电机的速度主要取决于脉冲频率，其角速度与频率成正比，因此只要控制脉冲频率即可获得所需速度。

3 I/O资源分配

根据步进电机综合控制系统要求，系统的输入信号需要1个控制开关实现步进电机的启动/停止控制，需要2个按钮实现步进电机正转和反转控制；输出信号需要4个输出继电器分别控制步进电机的四相绕组，步进电机综合控制I/O分配表如表1所示。

4 梯形图设计

根据控制要求，步进电机控制程序梯形图由主程序、子程序和中断程序组成，其中主程序实现系统初始化、步进电机低速正转控制，子程序实现步进电机正转和反转控制，中断程序实现步进电机中速和高速控制，其主程序梯形图如图1所示、子程序梯形图如图2所示、中断程序梯形图如图3所示：

参考文献：

[1]郝敏钗，李英辉，马宝秋，曲昀卿.PLC控制系统设计与实践项目教程[M].北京：国防工业出版社，2013.

[2]王海波，吴晓光，李沛，余祎琴.基于AT89S52单片机步进电机控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2009(22)：161-162.

[3]陈果.PLC控制步进电机分度的设计与实现[J].伺服控制，

2010(02).

作者简介：

李英辉(1979-)，男，河北石家庄人，硕士，石家庄职业技术学院讲师，研究方向：电气控制。

endprint

摘要：PLC广泛应用于逻辑控制、顺序控制等工业现场中。步进电机是数字控制系统中常用的执行元件，能将电脉冲信号转换成相应的角位移。本文设计的步进电机综合控制系统以CPU226为主机，采用子程序实现步进电机转向控制，采用中断实现步进电机速度控制。

关键词：步进电机 PLC 转向控制 速度控制

0 引言

可编程序控制器（PLC）是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置[1]。PLC广泛应用于逻辑控制、顺序控制等工业现场中。步进电机是将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行元件，每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，脉冲持续的输入，电机便不停转动，它是数字控制系统中常用的执行元件[2]。本文采用西门公司S7-200中的CPU226为主机，利用子程序调用形式实现步进电机正转和反转运行控制，利用定时中断方式实现步进电机中速和高速运行控制。

1 控制要求

闭合控制开关后，步进电机先低速（脉冲周期为2s）正转运行，0.5min后步进电机自动实现中速（脉冲周期为1s）运行，再过0.5min后步进电机自动实现高速（脉冲周期为0.5s）运行；步进电机在运行期间可随时进行正转和反转转向切换，任意时刻断开控制开关后步进电机立即停止。

2 步进电机工作原理

步进电机按照控制绕组的数量可分为两相步进电机、三相步进电机、四相步进电机、五相步进电机和六相步进电机等，本文以常用的四相步进电机为例介绍步进电机的转向和速度控制。四相步进电机各相分别为A、B、C、D，可采用单相励磁方式，即每种状态只有一相励磁，各相循环励磁，只要改变励磁顺序，即可改变步进电机转向。其正转励磁顺序为：A→B→C→D→A；反转励磁顺序为：D→C→B→A→D。步进电机的速度主要取决于脉冲频率，其角速度与频率成正比，因此只要控制脉冲频率即可获得所需速度。

3 I/O资源分配

根据步进电机综合控制系统要求，系统的输入信号需要1个控制开关实现步进电机的启动/停止控制，需要2个按钮实现步进电机正转和反转控制；输出信号需要4个输出继电器分别控制步进电机的四相绕组，步进电机综合控制I/O分配表如表1所示。

4 梯形图设计

根据控制要求，步进电机控制程序梯形图由主程序、子程序和中断程序组成，其中主程序实现系统初始化、步进电机低速正转控制，子程序实现步进电机正转和反转控制，中断程序实现步进电机中速和高速控制，其主程序梯形图如图1所示、子程序梯形图如图2所示、中断程序梯形图如图3所示：

参考文献：

[1]郝敏钗，李英辉，马宝秋，曲昀卿.PLC控制系统设计与实践项目教程[M].北京：国防工业出版社，2013.

[2]王海波，吴晓光，李沛，余祎琴.基于AT89S52单片机步进电机控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2009(22)：161-162.

[3]陈果.PLC控制步进电机分度的设计与实现[J].伺服控制，

2010(02).

作者简介：

李英辉(1979-)，男，河北石家庄人，硕士，石家庄职业技术学院讲师，研究方向：电气控制。

endprint

摘要：PLC广泛应用于逻辑控制、顺序控制等工业现场中。步进电机是数字控制系统中常用的执行元件，能将电脉冲信号转换成相应的角位移。本文设计的步进电机综合控制系统以CPU226为主机，采用子程序实现步进电机转向控制，采用中断实现步进电机速度控制。

关键词：步进电机 PLC 转向控制 速度控制

0 引言

可编程序控制器（PLC）是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置[1]。PLC广泛应用于逻辑控制、顺序控制等工业现场中。步进电机是将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行元件，每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，脉冲持续的输入，电机便不停转动，它是数字控制系统中常用的执行元件[2]。本文采用西门公司S7-200中的CPU226为主机，利用子程序调用形式实现步进电机正转和反转运行控制，利用定时中断方式实现步进电机中速和高速运行控制。

1 控制要求

闭合控制开关后，步进电机先低速（脉冲周期为2s）正转运行，0.5min后步进电机自动实现中速（脉冲周期为1s）运行，再过0.5min后步进电机自动实现高速（脉冲周期为0.5s）运行；步进电机在运行期间可随时进行正转和反转转向切换，任意时刻断开控制开关后步进电机立即停止。

2 步进电机工作原理

步进电机按照控制绕组的数量可分为两相步进电机、三相步进电机、四相步进电机、五相步进电机和六相步进电机等，本文以常用的四相步进电机为例介绍步进电机的转向和速度控制。四相步进电机各相分别为A、B、C、D，可采用单相励磁方式，即每种状态只有一相励磁，各相循环励磁，只要改变励磁顺序，即可改变步进电机转向。其正转励磁顺序为：A→B→C→D→A；反转励磁顺序为：D→C→B→A→D。步进电机的速度主要取决于脉冲频率，其角速度与频率成正比，因此只要控制脉冲频率即可获得所需速度。

3 I/O资源分配

根据步进电机综合控制系统要求，系统的输入信号需要1个控制开关实现步进电机的启动/停止控制，需要2个按钮实现步进电机正转和反转控制；输出信号需要4个输出继电器分别控制步进电机的四相绕组，步进电机综合控制I/O分配表如表1所示。

4 梯形图设计

根据控制要求，步进电机控制程序梯形图由主程序、子程序和中断程序组成，其中主程序实现系统初始化、步进电机低速正转控制，子程序实现步进电机正转和反转控制，中断程序实现步进电机中速和高速控制，其主程序梯形图如图1所示、子程序梯形图如图2所示、中断程序梯形图如图3所示：

参考文献：

[1]郝敏钗，李英辉，马宝秋，曲昀卿.PLC控制系统设计与实践项目教程[M].北京：国防工业出版社，2013.

[2]王海波，吴晓光，李沛，余祎琴.基于AT89S52单片机步进电机控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2009(22)：161-162.

[3]陈果.PLC控制步进电机分度的设计与实现[J].伺服控制，

2010(02).

作者简介：

李英辉(1979-)，男，河北石家庄人，硕士，石家庄职业技术学院讲师，研究方向：电气控制。

步进技术 篇7

本系统方案拟用Lab VIEW软件对步进电机进行正反转的控制, 并且将数据实时显示, 以取得良好的控制效果。

1 步进电机的工作原理

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, 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

2 系统的总体设计

Lab VIEW通过应用程序将计算机与功能化硬件结合起来, 从而实现传统仪器功能的软件化与模块化, 来实现仪器相应的功能。本设计的步进电机控制系统也是虚拟仪器系统的一种。虚拟仪器系统一般分为通用仪器的硬件和应用软件两大部分。虚拟仪器系统的硬件一般又包括计算机硬件平台和接口设备。计算机硬件平台虚拟仪器的硬件平台可以是各种类型的计算机。计算机管理着虚拟仪器的软、硬件资源, 是虚拟仪器的硬件基础。

3 主程序的设计

步进电机的控制和显示是通过信号来完成的。本设计方案选用四相步进电机, 四相状态显示电机相的高低电平, 0表示低电平, 1表示高电平[1]。前面板主要负责放置控件, 像曲轴转速、进气管压力、两个圆形电机正反转显示按钮等控件, 通过作用于主程序程序框图, 进而在前面板上显示出电机的运行状态。

主程序的程序框图如下图所示:

程序框图中通过PXI-7833和PXI-6723板卡和相应的框图程序共同对模拟信号进行输入和输出。由于框图中PXI-7833R VI和汽车进气管压力控制部分是在实验室中选用的由中国汽车研究所提供的研究汽车发动机的函数模块, 比较复杂, 这里不做详细介绍, 主要功能是改变步进电机的四相状态。再通过PCI-6514采集数据接入DAQmx函数, 创建一个虚拟通道, 选用端口1, 2-5线, 然后开始任务, 进行一个大的while循环, 进入DAQmx读函数, 显示四相状态, 将布尔数组的采集值转换为数值进行步进状态子VI的操作, 并送至移位寄存器[2]。具体的工作由两个子VI完成 (后面会有相应介绍) , 程序1毫秒运行一次, 只有数据通道采集数据进行读操作出错时或点击程序终止按钮时才停止程序, while循环外面的DAQmx函数是对任务进行清除, 如果出现错误, 则显示含有警告和需要确定按钮的对话框。

4 步进状态程序的设计

在步进状态子VI中由DAQmx读函数将采集值输入, 由于选用的步进电机是四相, 而且有公共接线端, 接线柱上有A和, 且由高低电平控制, 所以步进电机的四相状态由两个0、1和1、0组合起来就只有5、6、9、10四种情况。且运行正转的状态值顺序为9-10-6-5。步进状态子VI的前面板如下:采集值、采集值2、正转采集和反转采集分别由前面输入, 采集值是当前的步进状态值, 采集值2是上一次的步进状态值, 正反转采集分别是上一次的正反转采集值。正反转采集2分别送入移位寄存器进入下一个循环, 正反转采集2分别是当前的正反转采集值[3]。步进状态子VI的程序框图为一个条件结构, 以前面DAQmx的采集值接条件构的选择端口, 当其值为5、6、9、10时分别进行其相应的算法。

5 小结

本设计方案是通过控制转速来改变步进电机的四相状态, 再实现数据的采集和显示, 在控制方面还比较薄弱, 有待在以后的工作中进一步完善。

参考文献

[1]吕宗枢.电机学[M].高等教育出版社.2008年.

[2]于海宝.LabVIEW虚拟仪器设计与应用[M].西南交大出版社.2005年.

步进技术 篇8

笔者对15例下肢静脉曲张患者行步进数字减影血管造影 (DSA) 技术下肢静脉血管造影术, 取得良好效果, 现报道如下。

1资料与方法

1.1 一般资料

15例下肢静曲张患者, 男12例, 女3例, 年龄45～72岁, 中位年龄58.5岁。

1.2 仪器与试剂

西门子Angisotar Plus数字减影血管造影机, Mark V高压注射器, 对比剂选用320mg/ml碘海醇注射液100ml, 加压腹带。

1.3 方法

数字减影血管造影机进入步进模式, 患者取足先进仰卧位, 穿刺足背静脉, 采集桢数4F/S, 踝上10cm、膝上扎止血带, 腹部加压腹带, 连接高压注射器, 注射速率0.5ml/s, 压力1 034kPa, 高压注射器选择X线延迟180s, 造影范围为踝部到骨盆, 造影过程嘱患者取Valsalva动作, 采取步进法造影即可得到下肢静脉血管造影图像[1]。

2讨论

采用步进DSA技术可观察下肢深静脉全貌, 交通静脉瓣膜功能及深静脉血栓情况。深静脉瓣膜功能不全表现为:瓣膜稀少、模糊, 瓣膜膨出不明显, 静脉血管增粗、正常竹节状消失。交通静脉瓣膜功能不全表现为:交通静脉扩张、扭曲, 无交通支瓣膜显示, 静脉血通过交通支向浅静脉逆流。深静脉血栓表现为:静脉管腔不规则、充盈缺损、中断[2,3]。

选择DSA下步进法下肢静脉造影, 可较好了解下肢静脉情况, 分析下肢深静脉是否存在血栓, 深浅静脉交通是否开放, 深浅静脉返流情况, 深静脉静脉瓣膜功能, 是否存在返流。步进DSA技术下肢静脉血管造影术, 采用图像拼接技术可获取整体下肢静脉血管图像, 造影结果直观。造影图像有减影与造影2种模式, 可在减影与造影2种模式间互换。采用减影模式, 可去除骨骼、软组织等影响, 使血管显示更清晰。步进法下肢静脉造影结果较常规下肢静脉造影获取图像信息量更大、图像更清晰。对下肢静脉血管疾病的诊断具有重要的指导意义。

参考文献

[1]赵原.步进式血管造影技术在下肢动脉病变中的应用[J].四川省卫生管理干部学院学报, 2007, 26 (4) :246-248.

[2]畅亦杰, 张宝性, 唐志全, 等.Bolus chase技术在下肢血管造影中的应用[J].医疗卫生装备, 2008, 28 (10) :322-323.

步进技术 篇9

1 斜轨底座的安装

首先需要将斜轨底座、油缸底座和提升导向按规定的要求依次就位。安置好以后, 需要在每个底座上的调节螺栓的下方安置一小块钢板, 便于对底座进行高低的调整。根据相关的规定, 地板的厚度不能低于10mm, 其面积最带为110mm*120mm【1】。同时它必须能够稳稳的放在基础面上, 不能有大幅度的倾斜或摆动现象。在安装过程中应该注意, 不论斜轨底座可以安置几对, 都必须从中间开始安装。这样便于准备工作的展开, 若发现前后斜轨底座存在偏斜情况, 则需要利用设备附带的两个模块对其进行矫正。

在斜轨底座上放入两个斜模块, 令两个斜轨底座重叠。在通常情况下座顶为矩形的, 要保证座顶表面的光滑性。根据设计的要求, 斜模块应放在斜轨底座上。之后用水平仪对其进行测量, 保证纵、横两个方向的误差不超过0.1/1 ooo。

标高的浮动范围不超过±0.5 mm, 纵、横中心线的误差不超过±l mm。在确保不会令斜轨底座中心位置和标高不发生偏移的情况下, 将水平仪放置于斜轨底座面, 利用螺栓对偏差的地方进行调整, 确定好纵、横方向的水平度, 将误差控制在0.02/1 000以内, 之后将地脚螺栓固定。固定后进行再次的确认检查, 保证纵、横中心线偏差不超过规定的范围。

确定底座的安装步骤均符合规定的要求后, 不能马上开始二次灌浆。需要对提升框架和平移框架的所在位子进行确认, 并对油缸的行程位置, 当确认工作完成后。对底座的安装的书进行详细的记录, 传于质检员专检后, 才能进入二次灌浆程序【2】。

2 二次灌浆

在检查工作完成后开始灌浆工作, 通常采用的是早强混凝土进行灌浆。在灌浆时, 浆料必须自然的从设备的一头移动到另外一头, 绝不能分别在设备的四周进行灌浆, 这样容易导致底座内的空气不流通, 难以排出, 对灌浆质量产生不利影响。有关的主要检验标准是, 在3天之内混凝土的强度不能低于35MPa。

3 提升框架的安装

对提升框架进行安装时, 需要了解提升框架的结构, 该框架是横梁、连接梁、左右梁等连接件组合而成【3】。先要将左右梁上安置一个升降滚轮, 之后对横梁和连接梁进行固定。固定之后将其放置于斜轨底座。之后对提升框架进行组装。在组装的过程中要保证框架始终置于斜轨底座之前, 为了避免纵梁倾倒, 应在工作地点提前安置好支撑垫凳或其他防饲装置。左、右纵梁的拖轮的放置位置不应该超过提升框架行程的下始点位置, 为了避免在安置过程中拖轮出现滑动情况, 需要放置托轮垫起到防滑作用。之后将前后纵梁连接板和提升框架横梁进行连接, 连接螺栓给的力大约在七成左右, 防止因过于紧绷而出现崩坏现象。最大限度的降低桥梁的链接缝隙。

对框架滚轮的对角线的精度进行检查, 将误差控制在1.5mm以内, 之后对左右粱中心距和提升导向板的精度进行校正, 将其误差控制在1.0mm以内, 之后对升降和平移滚轮轴承座支承面的平行精度进行校正, 将误差控制在0.1mm以内, 滚轮轴承座支承面之间的误差需要控制在0.5mm以内。若出现误差过大的情况, 可以利用千斤顶、手拉葫芦进行校正, 令其达到规定的要求。在校正工作完成后, 将所有的连接螺栓固定好, 将所有的连接板进行焊接。

在未进行试车前, 在滚轮上所有的挡块只能通过点焊的方式处理。在板坯跑偏测试合格后才能进行焊接。为了避免捎块在焊接过程中出现变形情况, 焊接的过程应严格按照规定的流程来。先从挡块两侧进行焊接, 之后超中间方向进行焊接。在焊接过程中, 为了避免框架出现膨胀受力情况, 需要经常将千斤顶松开。保证框架的纵向中心同纵向中心线的重合度【4】。将框架的焊接工作完成后, 在进料端和出料端各用两个千金顶将其顶住, 进料端的千斤顶不能少于16 t, 出料端的不能少于32 t。用槽钢作为框架左右两侧的临时支撑。

4 部导向辊和上下托轮的安装与调整

4.1 平移框架在组装过程中需要注意的问题

首先对平移框架进行预先组装, 到达有关的规定标准后, 送到往现场。在组装过程中, 必须保持组装平移框架始终在提升框架之上, 保证平移框架在组装过程中不受外力的影响【5】。对其的紧固力也不宜太高, 七成左右为最佳, 其对角线的精准度应控制在0.15mm以内, 组装完成后可将连接螺栓全部拧紧。之后对加热炉底在组装过程中是否有遗漏零部件进行检查, 保证无遗漏, 并对检查结果进行记录。对需要格外焊接的地方进行现场焊接。

4.2 水封槽在安装中需要注意的问题

在安装过程中要留心渣板与水封槽间隙存在的泥渣, 要及时的将其清除。同时要控制好各支点的标高, 保证水流的坡度。带水封槽安装完毕后, 需要对水封槽沿运动及垂直上升的间隙进行检查。发现问题后要及时进行处理。

5 结语

综上所述, 步进式加热炉炉底机械安装过程中包含了很多细节上的问题, 需要有关的操作人员多家注意。

参考文献

[1]孙计成.加热炉炉底机械安装预防板坯跑偏措施分析[J].山西建筑, 2012, 28 (9) :65-66.

[2]吴培军.浅谈步进式加热炉炉底机械设备安装技术[J].科技情报开发与经济, 2010, 19 (27) :227-228.

[3]盛解平.步进式加热炉炉底机械平移框架的设计计算[J].冶金设备, 2013, 10 (3) :9-12.

[4]谢民, 钟科.高线步进式加热炉炉底机构结构强度及疲劳寿命分析[J].机械传动, 2010, 34 (7) :80-83, 96.

步进技术 篇10

1 混合式步进电机原理分析

混合式步进电机通常只有整步和半步两种工作方式,当要求更小的步进角和更高的分辨率时,可通过改变定子绕组电流来实现。绕组电流给定采用经量化处理后的正弦波并分段切入,将绕组电流给定与反馈进行比较,并根据比较结果决定该相绕组的通断,最终得到正弦化的定子绕组电流。步进电机在高度细分运行时需要在电机内产生接近均匀的圆形旋转磁场各项绕组的合成磁势矢量,即各相绕组电流的合成矢量应在空间作幅度恒定的旋转运动,这就需要在各相绕组中通以正弦电流,三相混合式步进电机的三相绕组A,B和C在空间位置上相差2π/3,如图1所示。

给定三相绕组分别通过相位相差2π/3而幅度相同的正弦波电流,则合成的电流矢量在空间做幅值恒定的旋转运动,设三相电流分别为:

undefined

以ia为参考坐标,则合成的电流矢量i为:

undefined

这是一个以undefined为幅值、-α为幅角的逆时针旋转矢量。对于三相混合步进电机,三相绕组可以连接成星形或者三角形,按照电路的基本原理三相之和为0即:

undefined

通常对三相混合式步进电机进行驱动控制,需要产生相互独立的三相给定信号,然而按照上述分析,只需要产生两相绕组的给定信号,第三相绕组的给定信号可根据式(5)由其他两相求得。同样,只需要对相应的两相绕组的实际电流进行采样,第三相绕组的实际电流可根据式(5)求得。步进电机是脉冲电路驱动的伺服执行器件,在环行脉冲分配器的控制下,设输入一个控制脉冲,电机绕组的通电状态改变一次,三相步进电机在三相六拍的控制方式下,A,B,C三相的通电状态为:A-AB-B-BC-C-CA-A……。

2 混合式步进电机系统构成与实现

基于AVR单片机和CPLD的三相混合式步进电动机控制系统的结构框图如图2所示。

系统主要包括脉宽调制产生电路、逻辑合成电路、功率驱动电路和电源等4个部分。本设计采用的方法是:单片机采集到现场信号后计算出步进电机运转所需要的控制信息,经过参考电路与反馈信号发生相互作用,得到脉宽调制信号后再传给CPLD,CPLD把接收到的信息转换成步进电机实际的控制信号,即转动速度和转动方向,输出给电机的功率驱动电路模块。下面具体介绍脉宽调制产生电路和脉宽调制产生电路部分。

2.1 PWM信号产生

脉宽调制产生电路主要有单片机和外围的电路组成,如图3所示。

单片机主要完成转速、转向和细分数的设定。脉冲信号(CP)和方向信号(CW)均由外部控制电路输入,在脉宽调制产生电路中通过高速光电耦合器件和外部控制电路隔离,尽量减少由脉冲信号引入干扰的可能性。中心控制器件采用ATMEL公司的ATTINY2313单片机, ATTINY2313单片机使用AVRRISC结构,有32个8位通用工作寄存器,全静态工作,工作于20 MHz时性能高达20 MIPS。内部集成了128 B的系统内可编程E2PROM和128 B的片内SRAM,具有独立预分频器及比较模式的8位定时器/计数器,有两个全双工的串行通信口,集成看门狗复位电路,由于具有这些优点,使得驱动电路变得更加简洁和高效。在单片机的E2PROM内存储相应的sin(α)和sin(α+2π/3)波形的函数值,单片机复位后,首先读出PD3,PD4和PD5的值,来确定细分的大小,细分的数目可以任意设定,这使系统的通用性有了很大的提高。PD2口读入脉冲,PD8读入电动机的转向。波形发生器的工作原理:在输入步进脉冲CP和方向逻辑控制信号CW的同时,来判定细分的数目,E2PROM中有选择的读出需要的sin(α)和sin(α+2π/3)波形函数细分值,在经过D/A转换器TLC7528变成模拟量[3,4,5]。由于TLC7528只有两路输出,所以只能得到两路模拟量,即在TL084B的第7(VOA)脚和14(VOB)脚得到相位差2π/3的正弦波。

由于需要的是三相相位差是2π/3的正弦波,可以用式(5)的方法,在VOA和VOB的输出端用一个加法器和一个反相器就得到第三相正弦波信号,式(6)为其简单的推导。

undefined

电流控制采用芯片TL084B实现。该芯片内部误差放大器将电流给定和电流反馈进行比较,再和基准三角波进行作用,经过电流调节后输出PWM信号,如图4所示,输出端得到脉宽调制信号。

2.2 功率驱动电路

功率驱动电路采用三菱公司的IPM功率模块PS21564。PS21564是专用的电机控制器,适用于三相步进电机控制。他内部有三个相互独立的高低端输出通道,可以驱动工作电压不高于600 V的MOSFET和IGBT。他自身的工作电源电压范围13.5~16.5 V,输出驱动信号电压为20 V,输出最大正向峰值电流为30 A,他的输出驱动信号的最小上升时间为600 ns,最小下降时间为300 ns,可以在较高的频率下工作。通过外接采样电阻,当被驱动器件过流时,内部的过流保护电路就会封锁输出,从而保护功率器件不被损坏。应用HVIC实现集成电平转移,高电平导通逻辑,可与DSP/MCU接口兼容。智能IPM功率模块内置短路、欠压保护电路,输入信号端内置下拉电阻,外部无须再下拉电阻,热阻低,易于散热,2 500 V绝缘耐压,驱动电路如图5所示。

信号在CPLD内转化为PS21564所需要的六路桥,经74HC14反相器输入到PS21564,处理转换成U,V,W来驱动电机。FO引脚为故障输出,当为低电平时反馈给CPLD报警信号,CPLD收到信号后,关断udown,uup,vdown,vup,wdown,wup,停止信号的传送。

3 结 语

利用本文设计的驱动器带动90BYG306三相混合步进电机进行试验,三相绕组用三角形接法,采用交流伺服控制原理,在控制方式上增加了全数字式电流环控制,三相正弦电流驱动输出,使三相混合式步进电机低速无爬行、无共振区、噪音小。该系统具备细分和半流功能,多种细分选择,最小步矩角可设置为0.036°。采用细分驱动后扭矩波动大大减小,从而消除了低频振荡对系统的影响,同时降低了高频失步对系统的影响。单片机程序由ICCAVR编写,复杂可编程逻辑器件程序由ISE 9.1i编写。由于步矩角减小电机分辨率高,波形输出稳定,电机运行更平滑,噪声更小电机驱动平稳。另外驱动电路具备短路、过压、欠压、过热等保护功能,可靠性高。

参考文献

[1]刘宝延,程树康.步进电动机及其驱动控制研究[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.

[2]赵小强.基于FPGA的步进电机定位控制系统的设计[J].现代电子技术,2007,30(10):55-57.

[3]张文超.步进电机PWM恒转细分驱动技术研究[J].机械制造,2003,41(6):33-34.

[4]Blasko V.Analysis of a Hybrid PWM Based on ModifiedSpace-Vector and Triangle-Comparison Methods[J].IEEETrans.on Ind.,1997(33):756-764.

步进技术 篇11

关键字：步进电机；驱动模块；A3972；pwM；细分

引言

步进电机作为执行器件，广泛用于各种类型的自动控制系统。它是一种将离散的电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械装置。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比，是一种输出与输入脉冲对应的增量驱动元件。然而由于其步距角较大，往往满足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求，因此实现细分驱动是减小步距角、提高步进分辨率、增加电机运行平稳性的一种行之有效的方法。

在实际应用中，往往要求电机运转过程中在转速满足要求的同时，力矩要足够大，而电机的转速与力矩恰是一对矛盾体，转速相同时电机的起动力矩要小于运行力矩，所以实际应用中要根据电机负载力矩来确定启动频率与运行频率。

本文将给出一种基于A3972驱动芯片的驱动模块设计，以满足实际生产中精密定位的需求，并给出一个合理的加速曲线，以解决电机的启动力矩与转速的矛盾。

A3972控制芯片

A3972是Allegro公司的64细分双DMOS全桥微步距PWM步进电机驱动集成电路，CPU可通过时钟、数据、选通3线串口对其进行控制，包括步进电机的方向、速度、步进法(细分)的设置。控制指令以串行数据形式通过两个字的格式写入，一个为桥电流数据字，一个为控制时间数据字。它的工作电压可达50V，驱动电流达1.5A，一个A3972即可驱动一台二相步进电机。

A3972具有优良的特性，芯片内部的SPWM电流控制电路可通过串口设置其工作在整步、半步、1/4步等，最多可至1/64步，每一步的负载电流可以按最大值的1.56%增量进行设置。其特有的电流慢、快、混合等3种电流衰减模式可以使步进电机工作在不同的负载和转速下，而且都能获得较理想的电流波形。另外，它易于与单片机接口，控制方式灵活。

A3972的功率驱动采用DMOS结构及高速SPWM开关模式，因此功耗极小，基本可不用散热器，可降低成本(去除散热器)和体积。

A3972还能提供完善的保护措施，其中包括抑制瞬态电压、过热保护、防止电流直通、欠电压自锁等功能。因此，A3972不失为一种高性能的串行控制步进电机微步距驱动器。

系统硬件设计

本步进电机驱动模块的设计是应用于本研究所研发的自动收发卡机的收发卡机构。根据使用需求，整体系统的硬件设计，大致可以分为控制部分、驱动部分、切换部分及电源部分。如图1所示，系统主要由控制、驱动、切换及电源四部分组成。

控制电路

控制接口由三种控制信号组成，分别是方向控制信号、使能控制信号及切换控制信号。实际应用中按需要给出这三种控制信号的高低电平(5V)即可方便、有效地控制电机的运转。

控制部分的核心是单片机及其控制软件，通过光隔电路接收由自动收发卡机主控器给出的各种控制命令，结合细分选择开关的设置，按需求通过3线串行接口控制着步进电机的细分倍数、运行脉冲频率、正反转、运行速度、单次运行线位移、启停以及切换不同工位电机等。

该部分电路主要由单片机及其外围电路组成(见图2)。单片机选择8051 单片机STC12C4052，具有速度高、可靠性高、在系统可编程等优点。S1拨码开关为细分选择开关，根据S1的值可通过串口(STR、CLK、DATA)设置电机工作在整步、半步、1/4步、1/8步、1/16步、1/32、1/64等多种方式下。

驱动电路

驱动部分是电机可靠运行的关键，本部分除可按命令完成驱动电机的正反转、加速启动、停止等功能外，还需考虑降低功耗和体积。印制电路板布线应采用粗地线，A3972直接焊接在印制板上，可以提高电路的电气性能和散热性能。

A3972的外围电路简单，只需要少量的外部元器件和几根控制线就可构成一个完整的微步距驱动二相步进电机电路(见图3)。拨码开关S2用来设置桥输出的最大负载工作电流ITRIPMAX = VREF/(Range × Rs)，不同的设置VREF的值不同。如拨码开关的第一位导通，则VREF=1.25(1+R10/R11)。其中Range由控制字0决定，本文中Range值为8，Rs值为0.22Ω。

切换电路

由于自动收发卡机的设计是基于双工位(工作通道)的，所以本驱动模块内部自带电机切换电路，可以驱动分时工作的两路电机。切换部分由低功耗的MOS对管集成芯片及外围电路组成(见图4)。

电源(DC/DC变换)电路

为了使模块的控制部分有一稳定的工作环境(包括电压稳定、抗干扰等)，电源部分采用小功率DC/DC变换芯片做成24V—5V的开关稳压电源(非隔离型)，供模块内控制部分使用。另加入过压保护、电源方向保护电路，以提高可靠性，如图5所示。V1为特快速整流二极管，这里可以起到电源方向保护的作用。D1的输出电压为VOUT=1.25(1+R2/R1)，给D2提供一个相对稳定、安全的输入电压，再经过D2电压转换为VOUT=1.25(1+R4/R5)即5V。

系统软件设计

系统软件设计是设计的关键部分，电机每转动一步都是由单片机软件向驱动芯片写入控制字0、控制字1来实现的，所以控制字值的设定是设计的关键，本文还给出一个合理的加速曲线，以解决电机的启动力矩与转速的矛盾。

如图7电机正反转流程所示，电机每转动一微步，需要向控制字0写入两路桥电流，而桥电流由6位线性DAC值决定，结合细分值、电流方向和电流衰减模式将DAC值按一定规律写入驱动芯片即可。

电机启动的加速过程分为5个速度等级，电机启动时设定速度等级SpeedNo为0，以最小恒速位移为单位，逐渐提高速度等级，并通过设置定时器T0的值来作为两个微步之间的时间延时，从而改变步速。图8速度延时流程中Flag为延时结束标志位，定时器T0溢出时置位。

结语

浅谈步进电机教学 篇12

一、步进电机概念

步进电机的工作就是步进转动，其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率 (f) 成正比，如两相步进电机设定为半步的情况下 (电机转一圈400个脉冲) ：n=60f/200 (转/分) 。

二、步进电机分类

步进电机可以根据电机结构、驱动架构和步进方式来分类。步进电机的结构有好几种，包括可变磁阻 (variable reluc ta nc e) 、永磁和混合式永磁 (hyb rid p e rma ne nt ma g ne t) 。永磁步进电机的成本很低，多半用于价格低廉的消费性产品。混合式步进电机的价格略高，是工业移动控制应用最常见的电机。可变磁阻电机通常有3或5个相位，需要采用不同的驱动电路架构。

三、步进电机的基本特点

(1) 步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。

(2) 每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。

(3) 步进电机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时，步进电机绕组中送入的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续转动，它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就可以控制电机正转或是反转。

(4) 步进电机具有自锁能力。当控制脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电机可以实现停车时转子定位。

(5) 步进电机应用于低速场合———每分钟转速不超过1 000转， (0.9度时6 666PPS) ，最好在1 000-3 000PPS (0.9度) 间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。

(6) 步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。

(7) 由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压 (建议：57BYG采用直流24V～36V, 86BYG采用直流50V, 110BYG采用高于直流80V) ，当然12伏的电压除12V恒压驱动外，也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。

(8) 转动惯量大的负载应选择大机座号电机。

(9) 电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一是电机不失步，二可以减少噪音的同时可以提高停止的定位精度。

(10) 高精度时，应通过机械减速、提高电机速度，或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用五相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少。

(11) 电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼来解决。