步进电动机的定位控制优化方法

对于伺服电动机而言，步进电动机的功率、转矩较小，转速比较低，控制精度可以达到0.005mm，控制系统整体价格低。西门子公司在不同的PLC系列都有相应的步进电动机控制模块，例如S7-200系列PLC系列中的EM253模块；S7-300系列PLC系列中的FM353模块（单轴控制）和FM357模块（4轴定位，可以进行路径等复杂控制）；S7-400系列PLC系列中的FM453模块（步进电动机和伺服电动机控制）以及分布式I/OET200S系列的1STEP模块，这些定位模块将脉冲信号和方向信号发送到步进电动机控制器，从而控制步进电动机，定位模块通过输出脉冲的个数控制步进电动机行走的距离，通过输出脉冲的频率控制步进电动机的速度。典型的步进电动机定位控制方式如图11-33所示（以FM353模块为例）。

图11-33 步进电动机控制方式(www.xing528.com)

从图11-33中可以看到，通过编程器对FM353模块进行参数化，将电动机最大加速度、速度、电动机旋转一周对应的实际行走的距离，以及与CPU接口等参数下载到FM353模块中，通过操作面板，将位置给定和控制方式等控制命令，直接传送到FM353模块中，由FM353模块实现步进电动机位置环的控制，FM353模块将脉冲输出信号发送到步进电动机驱动器，完成对步进电动机的控制。步进电动机定位模块将实际输出的脉冲个数作为位置的反馈，而没有将实际的位置信号通过编码器反馈到位置控制回路中，所以步进电动机的定位是位置开环控制（FM357可以选择闭环控制）。定位模块中已经固化位置控制算法和控制模式，可以选择使用。FM353/FM357/FM453在参数化中将脉冲个数转换成为长度单位，以位置值作为参考，方便编程，此外模块还集成了G代码的编程方式，并将程序存储于模块中。