閉環(huán)控制vs傳統(tǒng)開環(huán)，步進電機驅(qū)動的新選擇

在工業(yè)自動化中，步進電機的應用非常的廣泛，例如工業(yè)機器人、3D打印機、計算機硬盤等都有步進電機的身影。傳統(tǒng)的步進電機可以控制轉(zhuǎn)子的角度位置，而不需要傳感器來控制位置，是一種開環(huán)控制系統(tǒng)，在這樣的控制方式下，步進電機控制脈沖的輸入并不依賴于轉(zhuǎn)子的位置，反而是按一固定的規(guī)律發(fā)出其控制脈沖，步進電機僅依靠這一系列既定的脈沖而工作。大部分基于步進電機的運動系統(tǒng)運行在開環(huán)狀態(tài)下，因此能夠提供低成本的解決方案。實際上，步進系統(tǒng)是唯一的一個不需反饋就具備位置控制能力的運動技術(shù)，但是當步進電機以開環(huán)方式驅(qū)動負載時，在指令步和實際步之間存在失去同步的潛在可能性。

閉環(huán)控制指被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。步進電動機的閉環(huán)控制則是采用位置反饋或速度反饋來確定與轉(zhuǎn)子位置相適應的相位轉(zhuǎn)換，閉合了回路以校驗/控制失步、檢測電機堵轉(zhuǎn)，并保證了更大的有效力矩輸出，為用戶提供出色的精度和效率，既能達到伺服電機的性能，又具有步進電機的低價優(yōu)勢，可以為那些對安全性、可靠性和精度有較高要求的運動控制應用提供更經(jīng)濟的選擇。

閉環(huán)步進電機驅(qū)動的9大優(yōu)勢

眾所周知伺服電機是帶編碼器并依靠編碼器工作，而帶編碼器的閉環(huán)控制步進電機（步進伺服電機）兼有步進電機和伺服電機兩者優(yōu)點。

01 可頻繁的起動/停止

閉環(huán)步進電機驅(qū)動適用于需要頻繁起動/停止的用途。

02 免增益調(diào)整

即使是在皮帶機構(gòu)、凸輪、鏈條驅(qū)動等負載發(fā)生變動的情況下，也可不用通過增益調(diào)節(jié)，便實現(xiàn)定位。而伺服電機中伺服系統(tǒng)的增益對電機性能有很大影響，而且調(diào)節(jié)伺服增益是很費時又費力的事情。

03 穩(wěn)態(tài)靜止，無抖動

伺服電機在停止時候由于依靠編碼器定位需要增益調(diào)節(jié)因此無法做到絕對靜止，而步進伺服電機定位時無微小振動，通過電機自身保持力停止，因此最適合用于需無振動停止的低剛性機構(gòu)用途，典型應用如光學領(lǐng)域等。

04 可實現(xiàn)大慣性負載的驅(qū)動

比起同等安裝尺寸的伺服電機，步進伺服可驅(qū)動更大慣性的負載。

05 高速

得益于連續(xù)穩(wěn)定可靠的電流控制技術(shù)，閉環(huán)步進電機可運行到3000-4000RPM不丟步。

06 高響應

與開環(huán)步進電機一樣，閉環(huán)步進電機與控制指令同步運行，因此能夠在短行程、短時間完成精確定位。而通常伺服電機由于在停止時有位置整定時間不適應短行程定位場合。

07 大力矩

與傳統(tǒng)的步進電機相比，閉環(huán)步進電機可以在非常寬的速度范圍內(nèi)輸出很大的力矩，驅(qū)動可以做到100%的負載連續(xù)運行。無需擔心電機驅(qū)動負載的能力，這與傳統(tǒng)的微步（細分）驅(qū)動完全不同。步進伺服可以根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速采用獨特電流控制技術(shù)做到高速范圍內(nèi)依舊可以輸出大力矩。配合ADI Trinamic的CoolStep和Dcstep驅(qū)動器的輸出電流會隨著外部負載閉環(huán)動態(tài)增加或減少。

08 低速無振動，靜音

由于驅(qū)動器采用了矢量控制技術(shù)，加之ADI Trinamic特有的StealthChop和SpreadCycle專利技術(shù)可以保證電機低速時候無振動，靜音效果。

09 閉環(huán)電機發(fā)熱，實現(xiàn)高效率

閉環(huán)步進與ADI Trinamic特有的Coolstep技術(shù)（電流隨負載動態(tài)調(diào)節(jié)）結(jié)合，能減少電機發(fā)熱，降低電機運行溫度，提高效率的同時進一步節(jié)能。

步進電機閉環(huán)驅(qū)動解決方案推薦

傳統(tǒng)的閉環(huán)方式是控制器、驅(qū)動器、電機分體式，控制器發(fā)出脈沖/方向控制驅(qū)動器，步進電機將編碼器信號反饋到驅(qū)動器，有接線繁瑣、售后服務(wù)不便、脈沖/方向控制信號容易受到強磁場干擾導致定位不準等諸多缺點，同時由于編碼器信號只反饋到驅(qū)動器屬于半閉環(huán)，無法檢測控制部分的脈沖丟失。

傳統(tǒng)半閉環(huán)步進方案

ADI Trinamic采用的位置全閉環(huán)控制模式，模塊集成了總線接口、運動控制功能、輸入輸出、電機驅(qū)動和程序存儲，編碼器的信號反饋到模塊內(nèi)部完成閉環(huán)控制，具有布線簡單、控制精確、售后維護方便等諸多優(yōu)勢。

ADI Trinamic全位置閉環(huán)步進方案

閉環(huán)驅(qū)動高性價比方案選擇

●    TMC4361+TMC2130/TMC5130（小功率）

●    TMC4361+TMC2160/TMC5160（大功率）

TMC4361是一款步進電機全閉環(huán)伺服控制器，實現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的全閉環(huán)工作，帶有S形斜坡發(fā)生器，可以任意一點加減速，防止電機啟停時發(fā)生過沖現(xiàn)象。此外，TMC4361采用ADI Trinamic DcStep、閉環(huán)控制和ChopSync技術(shù)，盡可能快地驅(qū)動高負載而不會出現(xiàn)步進損耗。

例如在閉環(huán)控制的整個運動過程中，如果發(fā)現(xiàn)發(fā)了1000個脈沖電機只走了998步，將會發(fā)送指令反饋給MCU，MCU再補回兩個脈沖，讓電機再走兩步，完成電機所要實現(xiàn)1000步的指令。步進電機的閉環(huán)控制，有著校驗步數(shù)、防止丟步、堵轉(zhuǎn)檢測、力矩控制等關(guān)鍵技術(shù)，其穩(wěn)定性更好、精度更高，同時具備高響應、高速性。

TMC4361步進電機閉環(huán)驅(qū)動方案的優(yōu)勢：

●    支持絕對值編碼器，可選增量編碼器或者絕對值編碼器，讓工程師們設(shè)計時更方便。

●    S形斜坡

●    可急停、急停防過沖、頻繁啟動或停止

●    任意點加減速控制

●    免增益，靜止無抖動

●    靜音、低速無抖動

●    高速，高效率，高響應

閉環(huán)驅(qū)動控制模塊化解決方案

TMCM-1310是全封閉單軸步進控制單元，適用于需要高可靠性和動態(tài)特性的所有應用。該設(shè)備由ADI Trinamic StallGuard2，CoolStep和SpreadCycle斬波器技術(shù)驅(qū)動。TMCM-1310能夠從每個輸出驅(qū)動高達4.3A的電流（帶有適當?shù)纳崞?。設(shè)計用于9-51V的工作電壓。該設(shè)備提供USB，EtherCAT和編碼器接口。

TMCM-3312是高度集成的控制器/驅(qū)動器模塊，用于3個步進電機軸，帶可選閉環(huán)操作，用于無傳感器負載相關(guān)電流控制的三軸步進電機控制器/驅(qū)動器模塊。該設(shè)備由ADI Trinamic StallGuard2?、CoolStep、SpreadCycle?、StealthChop? 技術(shù)提供動力，并具有 SixPoint?和S形斜坡發(fā)生器。