為你支招，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)不再難

圖6 電流可控的等角度恒力矩細(xì)分

下面介紹合成矢量幅值保持不變的數(shù)學(xué)模型：當(dāng)Ia=Im·cosx，Ib=Im·sinx時(shí)(式中Im為電流額定值，Ia、Ib為實(shí)際的相電流，x由細(xì)分?jǐn)?shù)決定)，其合成矢量始終為圓的半徑，即恒力距。

等角度是指合成的力臂每次旋轉(zhuǎn)的角度一樣。額定電流可調(diào)是指可滿足各種系列電機(jī)的要求。例如，86系列電機(jī)的額定電流為6～8 A，而57系列電機(jī)一般不超過6 A，驅(qū)動(dòng)器有各種檔位電流可供選擇。細(xì)分為對(duì)額定電流的細(xì)分。

為實(shí)現(xiàn)“額定電流可調(diào)的等角度恒力距”，理論上只要各相相電流能夠滿足以上的數(shù)學(xué)模型即可。這就要求電流控制精度非常高，不然Ia、Ib所合成的矢量角將出現(xiàn)偏差，即各步步距角不等，細(xì)分也失去了意義。

步進(jìn)電機(jī)的選擇

步進(jìn)電機(jī)有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來了。

1、步距角的選擇

電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度(包括減速)。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度(五相電機(jī))、0.9度/1.8度(二、四相電機(jī))、1.5度/3度(三相電機(jī)) 等。

2、靜力矩的選擇

步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)(一般由低速)時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(幾何尺寸)

3、電流的選擇

靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流。

4、力矩與功率換算

步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

p= ω·m

ω=2π·n/60

p=2πnm/60

其p為功率單位為瓦，ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，m為力矩單位為牛頓·米

p=2πfm/400(半步工作)

其中f為每秒脈沖數(shù)(簡(jiǎn)稱pps)

步進(jìn)電機(jī)在應(yīng)用中的注意點(diǎn)

1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，(0.9度時(shí)6666pps)，最好在1000-3000pps(0.9度)間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。

2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。

3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12v電壓的電機(jī)使用12v外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓(建議：57byg 采用直流24v-36v，86byg采用直流50v,110byg采用高于直流80v)，當(dāng)然12伏的電壓除12v恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過要考慮溫升。

4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。

5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。

6、高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。

7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

8、電機(jī)在600pps(0.9度)以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動(dòng)。

9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。

步進(jìn)電機(jī)調(diào)速注意特點(diǎn)

步進(jìn)電機(jī)高速不能直接使用普通的交直流電源，需要專用的伺服控制器，應(yīng)注意以下特點(diǎn)：

1、可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)，位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，開環(huán)控制系統(tǒng)既簡(jiǎn)單又具有一定的精度; 在要求更高精度時(shí)，也可以采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2、由于步進(jìn)電機(jī)無刷，因此本體部件少，可靠性高。

3、易于起動(dòng)，停止，正反轉(zhuǎn)，速度響應(yīng)性好;停止時(shí)一般有自鎖能力。

4、步距角可在大范圍內(nèi)選擇，在小步距情況下，能夠在超低轉(zhuǎn)速下高轉(zhuǎn)距穩(wěn)定運(yùn)行，可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

5、速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)， 可以用一臺(tái)控制器同時(shí)控制幾臺(tái)步進(jìn)電機(jī)完全同步運(yùn)行。

6、步進(jìn)電機(jī)帶慣性負(fù)載能力較差，由于存在失步和共振問題，步進(jìn)電機(jī)的加減速方法在不同的應(yīng)用狀態(tài)下，情況較為復(fù)雜。

步進(jìn)電機(jī)定位不準(zhǔn)怎么辦?

在調(diào)機(jī)過程中發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)定位不準(zhǔn)現(xiàn)象怎么辦?一般由以下幾方面原因引起：

1、 改變方向時(shí)丟脈沖，表現(xiàn)為往任何一個(gè)方向都準(zhǔn)，但一改變方向就累計(jì)偏差，并且次數(shù)越多偏得越多;

2、 初速度太高，加速度太大，引起有時(shí)丟步;

3、 在用同步帶的場(chǎng)合軟件補(bǔ)償太多或太少;

4、 馬達(dá)力量不夠;

5、 控制器受干擾引起誤動(dòng)作;

6、 驅(qū)動(dòng)器受干擾引起;

7、 軟件缺陷;

針對(duì)以上問題分析如下：

1)一般的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器對(duì)方向和脈沖信號(hào)都有一定的要求，如：方向信號(hào)在第一個(gè)脈沖上升沿或下降沿(不同的驅(qū)動(dòng)器要求不一樣)到來前數(shù)微秒被確定，否則會(huì)有一個(gè)脈沖所運(yùn)轉(zhuǎn)的角度與實(shí)際需要的轉(zhuǎn)向相反，最后故障現(xiàn)象表現(xiàn)為越走越偏，細(xì)分越小越明顯，解決辦法主要用軟件改變發(fā)脈沖的邏輯或加延時(shí)。

2)由于步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)決定初速度不能太高，尤其帶的負(fù)載慣量較大情況下,建議初速度在1r/s以下，這樣沖擊較小，同樣加速度太大對(duì)系統(tǒng)沖擊也大，容易過沖，導(dǎo)致定位不準(zhǔn);電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間應(yīng)有一定的暫停時(shí)間,若沒有就會(huì)因反向加速度太大引起過沖。

3)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整被償參數(shù)值，(因?yàn)橥綆椥孕巫冚^大，所以改變方向時(shí)需加一定的補(bǔ)償)。

4)適當(dāng)?shù)卦龃篑R達(dá)電流，提高驅(qū)動(dòng)器電壓(注意選配驅(qū)動(dòng)器)，選扭矩大一些的馬達(dá)。

5)系統(tǒng)的干擾引起控制器或驅(qū)動(dòng)器的誤動(dòng)作，我們只能想辦法找出干擾源，降低其干擾能力(如屏蔽，加大間隔距離等)，切斷傳播途徑，提高自身的抗干擾能力，常見措施：