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閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)是如何工作的

2022-11-21 | 文章出處：漢德保 | 人氣：1338

閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)本質(zhì)上是開環(huán)設(shè)備。它們不需要反饋，因?yàn)轵?qū)動器提供的每一個電流脈沖都等于電機(jī)的一步(或微步時的一小步)。再加上小步長(或步距角)，無需反饋裝置和復(fù)雜的控制方案，即可準(zhǔn)確確定電機(jī)的位置。那么，如果步進(jìn)電機(jī)的位置可以在開環(huán)系統(tǒng)中確定，為什么要增加閉環(huán)控制的成本和復(fù)雜性呢？因?yàn)橹挥挟?dāng)電機(jī)永不失步時，才能準(zhǔn)確理解電機(jī)的位置。在現(xiàn)實(shí)世界中，有很多情況會導(dǎo)致電機(jī)丟失或錯過步數(shù)——例如，機(jī)器卡住，導(dǎo)致電機(jī)軸無法旋轉(zhuǎn)。為了應(yīng)對這些可能性，步進(jìn)電機(jī)通常尺寸過大，以處理扭矩峰值、失速或其他可能導(dǎo)致電機(jī)失速的異常情況。然而，當(dāng)丟失的步驟可能對應(yīng)用程序或過程有害時，另一個解決方案是在閉環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)，并使用位置反饋來檢測和糾正定位錯誤。步進(jìn)電機(jī)通常有三種類型的閉環(huán)控制，每種類型都提供不同級別的定位控制和復(fù)雜性。

基于失步補(bǔ)償?shù)某Ｒ婇]環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)類型，又稱失步控制或步進(jìn)位置維護(hù)。在此設(shè)置中，驅(qū)動器以微步模式運(yùn)行，編碼器跟蹤軸置。如果檢測到丟失的步數(shù)，控制器將命令額外的步數(shù)，使電機(jī)（或負(fù)載）達(dá)到所需的位置。失步補(bǔ)償是一種簡單的步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)方案，如上述，是一種廣泛的方案，但其主要缺點(diǎn)是它只補(bǔ)償移動結(jié)束時錯過的步驟，而不是在整個過程中連續(xù)補(bǔ)償。移動配置文件。負(fù)載位置控制，又稱閉環(huán)微步，連續(xù)監(jiān)控軸(或負(fù)載)位置，產(chǎn)生錯誤信號。控制器使用此誤差信號實(shí)時調(diào)整命令。采用負(fù)載位置控制，系統(tǒng)仍以微步模式作為步進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行，但更準(zhǔn)確地遵循移動曲線，而不是允許電機(jī)在移動過程中發(fā)生偏差，并在移動結(jié)束時發(fā)出單位補(bǔ)償命令。

先進(jìn)的閉環(huán)步進(jìn)控制方法是將電機(jī)用作兩相無刷 ( BLDC ) 電機(jī)運(yùn)行。(請注意，許多步進(jìn)電機(jī)的兩個相位偏移 90°，無刷直流電機(jī)的三個相位偏移 120°。）該方法稱為伺服步進(jìn)或閉環(huán)步進(jìn)控制。對于步進(jìn)電機(jī)的伺服控制，而不是驅(qū)動器從編碼器的反饋檢測軸位置向電機(jī)提供全電流，并控制電路(通常是 PID 確定軸跟隨所需的確切扭矩移動配置文件。換句話說，電機(jī)是由扭矩命令而不是電流脈沖驅(qū)動的。伺服控制方法比其他步進(jìn)控制方法更有效，因?yàn)樗惶峁?shí)現(xiàn)運(yùn)動曲線所需的電流。效率高意味著熱量少，電機(jī)壽命長。伺服控制還消除了困擾其他控制方法的共振問題，在低速時提供高扭矩，并允許電機(jī)在不拉出扭矩的情況下使用全額定扭矩。步進(jìn)電機(jī)的伺服控制雖然比開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，但仍低于完整伺服系統(tǒng)。