步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

每個(gè)電機(jī)都會(huì)轉(zhuǎn)換功率。電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)不僅可以將電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)，而且可以非常精確地控制旋轉(zhuǎn)的距離和速度。

步進(jìn)電機(jī)之所以如此命名，是因?yàn)槊總€(gè)電脈沖都會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。步進(jìn)電機(jī)由驅(qū)動(dòng)器控制，驅(qū)動(dòng)器將脈沖發(fā)送到電機(jī)中使其轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖數(shù)等于饋入驅(qū)動(dòng)器的脈沖數(shù)。電機(jī)將以等于這些相同脈沖頻率的速率旋轉(zhuǎn)。

步進(jìn)電機(jī)非常容易控制。大多數(shù)驅(qū)動(dòng)器正在尋找 5 伏脈沖，這恰好是大多數(shù)集成電路的電壓電平。您只需要設(shè)計(jì)一個(gè)輸出脈沖的電路或使用東方馬達(dá)的脈沖發(fā)生器之一。

步進(jìn)電機(jī)最顯著的特點(diǎn)之一是它們能夠非常準(zhǔn)確地定位。稍后將對(duì)此進(jìn)行深入介紹。步進(jìn)電機(jī)并不完美，總會(huì)有一些小的不準(zhǔn)確之處。ORIENTAL MOTOR 的標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)的精度為 ± 3 弧分 (0.05°)。不過(guò)，步進(jìn)電機(jī)的顯著特點(diǎn)是這種誤差不會(huì)逐步累積。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)一步時(shí)，它將移動(dòng) 1.8° ± 0.05°。如果同一臺(tái)電機(jī)行進(jìn)一百萬(wàn)步，它將行進(jìn) 1,800,000° ± 0.05°。錯(cuò)誤不會(huì)累積。

步進(jìn)電機(jī)可以快速響應(yīng)和加速。它們具有低轉(zhuǎn)子慣性，可以快速加速。因此，步進(jìn)電機(jī)非常適合短距離、快速移動(dòng)。

步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)

下圖顯示了一個(gè)典型的基于步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)。所有這些部分都必須以一種或另一種形式存在。每個(gè)組件的性能都會(huì)對(duì)其他組件產(chǎn)生影響。

第一個(gè)組件是計(jì)算機(jī)或 PLC。這是系統(tǒng)背后的大腦。計(jì)算機(jī)不僅控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，而且還將控制機(jī)器的其余部分。它可能會(huì)升起電梯或推進(jìn)傳送帶。它可以像 PC 或 PLC 一樣復(fù)雜，也可以像操作員按鈕一樣簡(jiǎn)單。

第二部分是分度器或 PLC 卡。這告訴步進(jìn)電機(jī)要做什么。它將輸出電機(jī)移動(dòng)的正確脈沖數(shù)并改變頻率，以便電機(jī)加速，以一定速度運(yùn)行，然后減速。

這可能是一個(gè)單獨(dú)的組件，如 ORIENTAL MOTOR SG8030 分度器或滑入 PLC 的脈沖發(fā)生器卡。形式是無(wú)關(guān)緊要的，但它必須存在才能使電機(jī)移動(dòng)。

接下來(lái)的四個(gè)框組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。相位控制邏輯從分度器獲取脈沖并確定應(yīng)為電機(jī)的哪一相通電。相位必須按特定順序通電，相位控制邏輯負(fù)責(zé)處理這一點(diǎn)。邏輯電源是為驅(qū)動(dòng)器中的 IC 供電的低電平電源。這取決于芯片組或應(yīng)用設(shè)計(jì)，但大多數(shù)邏輯電源都在 5 伏范圍內(nèi)。電機(jī)電源是為電機(jī)供電的電源電壓。此電壓水平通常在 24 VDC 范圍內(nèi)，但也可能更高。最后，功率放大器是允許電流為相位供電的晶體管組。它們不斷地打開和關(guān)閉，以按照正確的順序移動(dòng)電機(jī)。

所有這些組件都會(huì)指示電機(jī)移動(dòng)負(fù)載。負(fù)載可以是絲杠、圓盤或傳送帶。

步進(jìn)電機(jī)的類型

目前有三種通用類型的步進(jìn)電機(jī)。

可變磁阻 (VR)

永久磁鐵 (PM)

雜交種

ORIENTAL MOTOR 只生產(chǎn)混合式步進(jìn)電機(jī)。

可變磁阻步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子上都有齒，但沒(méi)有磁鐵。因此它沒(méi)有制動(dòng)力矩。永磁體有一個(gè)用于轉(zhuǎn)子的磁鐵，但沒(méi)有齒。通常，PM 磁鐵的步距角很粗糙，但它確實(shí)有制動(dòng)力矩。

混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)合了永磁體的磁體和可變磁阻電機(jī)的齒。磁鐵是軸向磁化的，這意味著在右圖中，上半部分是北極，下半部分是南極。磁鐵上有兩個(gè)帶 50 個(gè)齒的帶齒轉(zhuǎn)子杯。兩個(gè)杯錯(cuò)開 3.6°，因此如果我們向下看北極杯上兩個(gè)齒之間的轉(zhuǎn)子，我們會(huì)看到正中間的南極杯上的一個(gè)齒。

這些電機(jī)為兩相結(jié)構(gòu)，每相 4 個(gè)極。彼此相隔 90° 的磁極構(gòu)成每一相。每相都繞線，使極 180° 為相同極性，而相隔 90° 為相反極性。如果該相中的電流反轉(zhuǎn)，極性也會(huì)反轉(zhuǎn)。這意味著我們可以將任何定子極制成北極或南極。

轉(zhuǎn)子上有50個(gè)齒。齒間距為 7.2°。當(dāng)電機(jī)移動(dòng)時(shí)，一些轉(zhuǎn)子齒與定子齒不對(duì)齊 3/4 齒距、1/2 齒距和 1/4 齒距。當(dāng)電機(jī)步進(jìn)時(shí)，它會(huì)走最簡(jiǎn)單的路線，因?yàn)?7.2° 的 1/4 是 1.8°，電機(jī)每步移動(dòng) 1.8°。

最后，扭矩和精度取決于極（齒）數(shù)。磁極越大，扭矩和精度越好。ORIENTAL MOTOR 提供“高分辨率”步進(jìn)電機(jī)。這些電機(jī)的齒距是我們標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的一半。轉(zhuǎn)子有 100 個(gè)齒，齒間夾角為 3.6°。當(dāng)電機(jī)移動(dòng) 1/4 齒距時(shí)，它移動(dòng) 0.9°。我們的“高分辨率”型號(hào)的分辨率是標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的兩倍，每轉(zhuǎn) 400 步，而每轉(zhuǎn) 200 步。

較小的步進(jìn)角意味著較低的振動(dòng)，因?yàn)槲覀儧](méi)有每一步都走得那么遠(yuǎn)。

結(jié)構(gòu)

下圖顯示了 5 相步進(jìn)電機(jī)的橫截面。步進(jìn)電機(jī)主要由兩部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子又由三個(gè)部件組成：轉(zhuǎn)子杯 1、轉(zhuǎn)子杯 2 和永磁體。轉(zhuǎn)子在軸向方向被磁化，因此，例如，如果轉(zhuǎn)子杯 1 被極化為北極，則轉(zhuǎn)子杯 2 將被極化為南極。

定子有10個(gè)帶小齒的磁極，每個(gè)極上有一個(gè)繞組。

每個(gè)繞組都連接到相反極的繞組，以便當(dāng)電流通過(guò)該對(duì)繞組時(shí)，兩個(gè)極都被磁化為相同的極性。（使電流流過(guò)給定繞組會(huì)磁化相同極性（即北極或南極）的相對(duì)對(duì)極。）

相對(duì)的一對(duì)磁極構(gòu)成一個(gè)相。由于這種特殊的電機(jī)有 10 個(gè)磁極，即 5 個(gè)相，因此稱為 5 相步進(jìn)電機(jī)。

每個(gè)轉(zhuǎn)子的外周有 50 個(gè)齒，轉(zhuǎn)子杯 1 和轉(zhuǎn)子杯 2 的齒彼此機(jī)械偏移半個(gè)齒距。

速度-扭矩

知道如何閱讀速度-扭矩曲線非常重要，因?yàn)樗鼤?huì)告訴我們電機(jī)可以做什么和不能做什么。速度-扭矩曲線代表給定的電機(jī)和給定的驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)運(yùn)行后，其扭矩取決于驅(qū)動(dòng)器類型和電壓。當(dāng)與不同的驅(qū)動(dòng)器一起使用時(shí)，相同的電機(jī)可能具有非常不同的速度-扭矩曲線。

ORIENTAL MOTOR給出速度-扭矩曲線供參考。如果電機(jī)與類似的驅(qū)動(dòng)器一起使用，具有類似的電壓和類似的電流，您應(yīng)該獲得類似的性能。參考下面的交互速度-扭矩曲線：

讀取速度-扭矩曲線

保持扭矩
當(dāng)額定電流流過(guò)繞組時(shí)，電機(jī)在靜止時(shí)產(chǎn)生的扭矩量。

啟動(dòng)/停止區(qū)域
電機(jī)可以立即啟動(dòng)、停止或反轉(zhuǎn)的值。

牽引扭矩
電機(jī)可以與輸入脈沖同步啟動(dòng)、停止或反轉(zhuǎn)的扭矩和速度值。

Pullout Torque
電機(jī)可以與輸入相位同步運(yùn)行的扭矩和速度值。電機(jī)在不失速的情況下可以提供的最大值。

最大啟動(dòng)速度
電機(jī)在空載時(shí)可以啟動(dòng)的最大速度。

最大運(yùn)行速度
電機(jī)運(yùn)行的最快速度，在無(wú)負(fù)載的情況下測(cè)得。

為了在拉入和拉出之間的區(qū)域運(yùn)行，電機(jī)必須首先在啟動(dòng)/停止區(qū)域啟動(dòng)。然后增加脈沖率，直到達(dá)到所需的速度。停止時(shí)，電機(jī)速度會(huì)降低，直到它低于牽引扭矩曲線。

扭矩與電流和導(dǎo)線匝數(shù)成正比。如果我們想增加20%的扭矩，我們應(yīng)該增加20%左右的電流。同樣，如果我們想將扭矩降低 50%，則將電流降低 50%。

由于磁飽和，將電流增加到額定電流的 2 倍以上沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)。那時(shí)電流的增加不會(huì)增加扭矩。在大約 10 倍的額定電流下，您將面臨轉(zhuǎn)子消磁的風(fēng)險(xiǎn)。

我們所有的電機(jī)都具有 B 級(jí)絕緣，并且在絕緣降級(jí)之前可以承受 130°C 的溫度。如果我們?cè)试S從內(nèi)到外有 30° 的溫差，則外殼不應(yīng)超過(guò) 100°C。

電感影響高速扭矩。電感是電機(jī)沒(méi)有達(dá)到無(wú)窮大的高扭矩的原因。每個(gè)電機(jī)繞組都有一定的電感和電阻值。以亨利為單位的電感除以以歐姆為單位的電阻，得出秒的值。該秒數(shù)（時(shí)間常數(shù)）是線圈充電至其額定值的 63% 所需的時(shí)間。如果電機(jī)的額定電流為 1 安培，經(jīng)過(guò) 1 個(gè)時(shí)間常數(shù)后，線圈的電流將為 0.63 安培。在大約 4 或 5 個(gè)時(shí)間常數(shù)后，線圈將達(dá)到 1 安培。由于扭矩與電流成正比，如果電流僅充電至 63%，電機(jī)在 1 個(gè)時(shí)間常數(shù)后將只有其扭矩的 63% 左右。

在低速時(shí)，這不是問(wèn)題。電流可以足夠快地進(jìn)出線圈，因此電機(jī)具有額定轉(zhuǎn)矩。然而，在高速下，電流無(wú)法在切換下一相之前足夠快地進(jìn)入。扭矩減小。

驅(qū)動(dòng)器電壓在高速性能中起著很大的作用。驅(qū)動(dòng)電壓與電機(jī)電壓之比越高，高速性能越好。高壓迫使電流以比上述 63% 更快的速度流入繞組。

振動(dòng)

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)從一步移動(dòng)到下一步時(shí)，轉(zhuǎn)子不會(huì)立即停止。轉(zhuǎn)子實(shí)際上通過(guò)了最終位置，被拉回，以相反的方向通過(guò)最終位置并繼續(xù)前后移動(dòng)，直到它最終停止（見(jiàn)下面的交互圖）。我們稱之為“振鈴”，電機(jī)每走一步都會(huì)發(fā)生這種情況。類似于彈力繩，動(dòng)量使轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)其停止點(diǎn)，然后來(lái)回“彈跳”，直到最終停止。然而，在大多數(shù)情況下，電機(jī)會(huì)在停止之前被命令移動(dòng)到下一步。

下圖顯示了不同負(fù)載條件下的振鈴。卸載時(shí)，電機(jī)會(huì)發(fā)出很多響聲。很多鈴聲意味著很多振動(dòng)。如果電機(jī)空載或輕載，電機(jī)通常會(huì)失速，因?yàn)檎駝?dòng)太高會(huì)失去同步。測(cè)試步進(jìn)電機(jī)時(shí)，務(wù)必確保添加負(fù)載。

另外兩個(gè)圖表顯示了帶負(fù)載的電機(jī)。正確加載電機(jī)將平滑其性能。負(fù)載應(yīng)要求電機(jī)可產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的 30% 至 70% 之間，負(fù)載慣量與轉(zhuǎn)子慣量之比應(yīng)在 1:1 至 10:1 之間。對(duì)于更短、更快的動(dòng)作，比例應(yīng)該接近 1:1 到 3:1。

ORIENTAL MOTOR 應(yīng)用專家和工程師可以協(xié)助確定合適的尺寸。

當(dāng)輸入脈沖頻率與電機(jī)的固有頻率匹配時(shí)，電機(jī)會(huì)出現(xiàn)更劇烈的振動(dòng)。這稱為共振，通常發(fā)生在 200Hz 左右。在共振中，過(guò)沖和下沖變得更大，漏步的機(jī)會(huì)也更高。共振隨負(fù)載慣性而變化，但通常在200Hz左右。

兩相步進(jìn)電機(jī)只能以四組為一組進(jìn)行失步。如果您錯(cuò)過(guò)了四的倍數(shù)的步數(shù)，則振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致失去同步性，或者負(fù)載太大。如果錯(cuò)過(guò)的步驟不是四的倍數(shù)，則很可能是錯(cuò)誤的脈沖數(shù)或電噪聲導(dǎo)致了問(wèn)題。

有多種方法可以避免共振。最簡(jiǎn)單的方法是完全避免這種速度。對(duì)于 60 rpm 的兩相電機(jī)，200 Hz 并不是非?？?。大多數(shù)電機(jī)的最大啟動(dòng)速度約為 1000 pps 左右。所以在大多數(shù)情況下，您可以以高于諧振速度的速度啟動(dòng)電機(jī)。

如果您必須以低于共振速度的速度啟動(dòng)，請(qǐng)快速加速通過(guò)共振范圍。

另一種解決方案是使步距角更小。對(duì)于更大的步距角，電機(jī)總是會(huì)過(guò)沖和下沖更多。如果電機(jī)不需要走很遠(yuǎn)，它就不會(huì)產(chǎn)生足夠的力（扭矩）來(lái)過(guò)沖。只要步距角變小，電機(jī)就不會(huì)振動(dòng)那么大。這就是半步和微步系統(tǒng)在減少振動(dòng)方面如此有效的原因。

確保電機(jī)的尺寸適合負(fù)載。通過(guò)選擇合適的電機(jī)，您可以提高性能。

阻尼器也可用。阻尼器安裝在電機(jī)的后軸上并吸收一些振動(dòng)能量。他們通常會(huì)廉價(jià)地平滑振動(dòng)電機(jī)。

五相步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)中一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)是 5 相。2 相和 5 相（見(jiàn)下面的交互圖）之間最明顯的區(qū)別是定子極數(shù)。2 相電機(jī)有 8 個(gè)極，每相 4 個(gè)，而 5 相電機(jī)有 10 個(gè)極，每相 2 個(gè)。轉(zhuǎn)子與二相電機(jī)相同。

While the 2-phase motor moves 1/4 tooth pitch each phase. The 5-phase, because of its construction, moves 1/10 of a tooth pitch. Since the pitch is still 7.2°, the step angle is 0.72°. Simply based on construction, the resolution of the 5-phase has 500 steps per revolution versus the 2-phase with 200 steps per revolution. The 5-phase offers a resolution 2.5 times better than that of the 2-phase.

分辨率越高，步距角越小，從而減少振動(dòng)。由于 5 相步進(jìn)角比 2 相小 2.5 倍，因此振鈴和振動(dòng)要低得多。在 2 相和 5 相中，轉(zhuǎn)子必須過(guò)沖或下沖超過(guò) 3.6° 才能失步。由于5相的步距角僅為0.72°，電機(jī)幾乎不可能出現(xiàn)3.6°的過(guò)沖或下沖。與 5 相步進(jìn)電機(jī)失去同步的可能性非常低。

驅(qū)動(dòng)方式

步進(jìn)電機(jī)有四種不同的驅(qū)動(dòng)方式：

波驅(qū)動(dòng)（整步）

2 相開啟（整步）

1-2 Phases On（半步）

微步

波浪驅(qū)動(dòng)

在下圖中，波驅(qū)動(dòng)方法已被簡(jiǎn)化以更好地說(shuō)明該理論。在圖中，每旋轉(zhuǎn) 90° 代表實(shí)際電機(jī)中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 1.8°。

在波驅(qū)動(dòng)方式（也稱為1相ON方式）中，一次只接通一相。當(dāng)我們給A相的a南極通電時(shí)，它就吸引了轉(zhuǎn)子的北極。我們關(guān)閉 A 并打開 B，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 90°（1.8°），依此類推。每次只有一相通電。

波浪驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)四步電氣序列來(lái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

2 相開

在“2 相接通”方法中，兩相始終通電。

同樣在下圖中，每 90° 代表旋轉(zhuǎn) 1.8°。如果A相和B相都通電為南極，則轉(zhuǎn)子的北極將被同等地吸引到兩極并直接在中間排成一行。隨著相的順序通電，轉(zhuǎn)子將旋轉(zhuǎn)以在兩個(gè)通電極之間對(duì)齊。

“2 相啟動(dòng)”方法有一個(gè)四步電氣序列來(lái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

ORIENTAL MOTOR的標(biāo)準(zhǔn)2相和2相M型電機(jī)采用“2 phase on”方式。

“2 phase on”方法比“1 phase on”方法有什么優(yōu)勢(shì)？答案是扭矩。在“1 phase on”方法中，一次只打開一相，因此我們有一個(gè)單位的扭矩作用在轉(zhuǎn)子上。在“2 相”方法中，我們有兩個(gè)單位的扭矩作用在轉(zhuǎn)子上，1 個(gè)在 12 點(diǎn)鐘位置，1 個(gè)在 3 點(diǎn)鐘位置。如果我們將這兩個(gè)扭矩矢量加在一起，我們會(huì)得到一個(gè) 45° 的結(jié)果，幅度要大 41.4%。通過(guò)使用“2 phase on”方法，我們可以獲得與“1 phase on”方法相同的步距角，但扭矩增加了 41%。

五相電機(jī)有點(diǎn)不同。我們不使用“兩相開啟”方法，而是使用“四相開啟”方法。每次我們打開其中的 4 個(gè)相，電機(jī)就會(huì)走一步。

五相電機(jī)經(jīng)過(guò) 10 步電氣序列。

1-2 Phases On（半步）

“1-2 階段”方法或半步結(jié)合了前面兩種方法。在這種情況下，我們?yōu)?A 相通電。轉(zhuǎn)子排成一行。此時(shí)，我們保持 A 相開啟并為 B 相通電?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)子同樣被吸引到中間的兩條線上。轉(zhuǎn)子已旋轉(zhuǎn) 45° (0.9°)?，F(xiàn)在我們關(guān)閉 A 相，但保留 B 相。電機(jī)再走一步。等等等等。通過(guò)在一相和兩相之間交替，我們將步距角減半。請(qǐng)記住，步距角越小，振動(dòng)越小。

（對(duì)于 5 相電機(jī)，我們?cè)?4 相和 5 相之間交替開啟。）

半步模式具有八步電序列。對(duì)于采用“4-5 相接通”方法的五相電機(jī)，電機(jī)經(jīng)過(guò) 20 步電氣序列。

微步

微步進(jìn)是一種使小步更小的方法。步長(zhǎng)越小，分辨率越高，振動(dòng)特性越好。在微步進(jìn)中，相位不是完全打開或完全關(guān)閉。它部分打開。正弦波應(yīng)用于 A 相和 B 相，相隔 90°（在五相步進(jìn)電機(jī)中為 0.9°）。

當(dāng)最大功率在A相時(shí)，B相為零。轉(zhuǎn)子將與 A 相對(duì)齊。隨著流向 A 相的電流減小，流向 B 相的電流增加。轉(zhuǎn)子將向 B 相移動(dòng)微小的步幅，直到 B 相達(dá)到最大值且 A 相為零。該過(guò)程圍繞其他階段繼續(xù)進(jìn)行，我們有微步進(jìn)。

有一些與微步相關(guān)的問(wèn)題，主要是精度和扭矩。由于相位只有部分通電，因此電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低，通常降低約 30%。也因?yàn)椴街g的轉(zhuǎn)矩差太小，電機(jī)有時(shí)不能克服負(fù)載。在這些情況下，可能會(huì)命令電機(jī)在實(shí)際開始移動(dòng)之前移動(dòng) 10 步。在許多情況下，有必要使用增加價(jià)格的編碼器來(lái)關(guān)閉回路。

步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)

開環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)

開環(huán)

步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)為開環(huán)系統(tǒng)。脈沖發(fā)生器向相序電路發(fā)送脈沖。相序器確定哪些相位需要關(guān)閉或打開，如全步和半步信息中所述。定序器控制大功率 FET，然后轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)。

然而，對(duì)于開環(huán)系統(tǒng)，沒(méi)有位置驗(yàn)證，也無(wú)法知道電機(jī)是否按照指令移動(dòng)。

閉環(huán)

最流行的閉環(huán)方法是在雙軸電機(jī)的后軸上添加一個(gè)編碼器。編碼器由一個(gè)薄圓盤組成，上面有線條。光盤在發(fā)射器和接收器之間通過(guò)。每當(dāng)一條線出現(xiàn)在兩者之間時(shí)，就會(huì)在信號(hào)線上輸出一個(gè)脈沖。這些脈沖被反饋到控制器，控制器對(duì)它們進(jìn)行計(jì)數(shù)。通常，在移動(dòng)結(jié)束時(shí)，控制器會(huì)將發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器的脈沖數(shù)與發(fā)送回的編碼器脈沖數(shù)進(jìn)行比較。通常會(huì)寫一個(gè)例程，如果兩個(gè)數(shù)字不同，則彌補(bǔ)差異。如果數(shù)字相同，則沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生并且運(yùn)動(dòng)繼續(xù)。

這種方法有兩個(gè)缺點(diǎn)：成本（和復(fù)雜性）和響應(yīng)。編碼器的額外成本以及控制器復(fù)雜性的增加增加了系統(tǒng)成本。此外，由于修正（如果有的話）是在移動(dòng)結(jié)束時(shí)完成的，因此可以將額外的時(shí)間添加到系統(tǒng)中。

伺服系統(tǒng)

另一種選擇是伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)通常是一種低極數(shù)電機(jī)，可提供高速但沒(méi)有固有的定位能力。要使其成為位置設(shè)備，需要反饋，通常是編碼器或分解器，以及控制回路。伺服基本上是打開和關(guān)閉的，直到解析器計(jì)數(shù)達(dá)到某個(gè)點(diǎn)。因此，伺服基于誤差工作。例如，命令伺服器移動(dòng) 100 轉(zhuǎn)。解析器計(jì)數(shù)讀數(shù)為零，電機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)解析器計(jì)數(shù)達(dá)到 100 轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)關(guān)閉。如果位置偏斜，電機(jī)將重新打開以使其回到原位。伺服如何響應(yīng)錯(cuò)誤取決于增益設(shè)置。如果增益設(shè)置高，電機(jī)將非?？焖俚仨憫?yīng)任何誤差變化。如果增益設(shè)置較低，電機(jī)不會(huì)對(duì)誤差變化做出快速響應(yīng)。但是，任何涉及時(shí)間增益設(shè)置的時(shí)間延遲都會(huì)引入運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

AlphaStep 閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)

AlphaStep是東方電機(jī)革命性的步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品。AlphaStep 有一個(gè)提供位置反饋的內(nèi)置解析器。在所有時(shí)間點(diǎn)，我們都知道轉(zhuǎn)子在哪里。

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AlphaStep 驅(qū)動(dòng)程序有一個(gè)輸入計(jì)數(shù)器。計(jì)算進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器的所有脈沖。解析器反饋到轉(zhuǎn)子位置計(jì)數(shù)器。偏差計(jì)數(shù)器中存在任何偏差。通常電機(jī)運(yùn)行開環(huán)。我們制作扭矩矢量，電機(jī)跟隨。如果偏差計(jì)數(shù)器顯示任何大于 ± 1.8° 的值，相序器將在扭矩位移曲線的較高部分打開扭矩矢量，產(chǎn)生最大扭矩以使轉(zhuǎn)子恢復(fù)同步。如果電機(jī)關(guān)閉幾步，則定序器會(huì)在扭矩位移曲線的較高部分激活多個(gè)扭矩矢量。驅(qū)動(dòng)程序最多可以處理 5 秒的過(guò)載。如果不能在 5 秒內(nèi)使電機(jī)恢復(fù)同步，驅(qū)動(dòng)器將出現(xiàn)故障并發(fā)出警報(bào)。

AlphaStep 的一大特點(diǎn)是它可以即時(shí)糾正錯(cuò)過(guò)的步驟。它不會(huì)等到移動(dòng)結(jié)束才進(jìn)行更正。一旦轉(zhuǎn)子回到 1.8° 以內(nèi)，驅(qū)動(dòng)器就會(huì)回到開環(huán)模式并發(fā)出適當(dāng)?shù)南辔荒芰俊?/p>

下圖顯示了扭矩位移曲線以及設(shè)備處于開環(huán)或閉環(huán)模式時(shí)的情況。扭矩位移曲線是一相產(chǎn)生的扭矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒位移1.8°時(shí)產(chǎn)生最大扭矩。如果電機(jī)超調(diào)超過(guò) 3.6°，則電機(jī)只會(huì)失步。由于驅(qū)動(dòng)器在失步 1.8° 時(shí)控制扭矩矢量，因此電機(jī)不可能失步，除非過(guò)載超過(guò) 5 秒。

許多人認(rèn)為 AlphaStep 的步進(jìn)精度為 ± 1.8°。AlphaStep 的步進(jìn)精度為 5 弧分 (0.083°)。駕駛員將扭矩矢量控制在 1.8° 之外。一旦在 1.8° 內(nèi)，轉(zhuǎn)子齒將與正在生成的扭矩矢量對(duì)齊。AlphaStep 確保正確的齒與扭矩矢量對(duì)齊。

AlphaStep 有許多版本。ORIENTAL MOTOR 提供具有多種齒輪比的圓軸和齒輪版本，以提高分辨率和扭矩或減少反射慣性。幾乎所有版本都可以配備故障安全磁力制動(dòng)器。ORIENTAL MOTOR 也有稱為 ASC 系列的 24 VDC 版本。

結(jié)論

總之，步進(jìn)電機(jī)非常適合定位應(yīng)用。只需改變脈沖數(shù)及其頻率，就可以在距離和速度方面精確控制步進(jìn)電機(jī)。它們的高極數(shù)使它們具有準(zhǔn)確性，同時(shí)它們運(yùn)行開環(huán)。如果尺寸適合應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)將永遠(yuǎn)不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何一步。而且因?yàn)樗鼈儾恍枰恢梅答?，所以它們非常具有成本效益?/p>

　　審核編輯：湯梓紅