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闭环步进电机是如何工作的

文章出处:汉德保(HDB)电机 人气:510发表时间:2022-11-21

    闭环步进电机本质上是开环设备。它们不需要反馈,因为驱动器提供的每一个电流脉冲都等于电机的一步(或微步时的一小步)。再加上小步长(或步距角),无需反馈装置和复杂的控制方案,即可准确确定电机的位置。那么,如果步进电机的位置可以在开环系统中确定,为什么要增加闭环控制的成本和复杂性呢?因为只有当电机永不失步时,才能准确理解电机的位置。在现实世界中,有很多情况会导致电机丢失或错过步数——例如,机器卡住,导致电机轴无法旋转。为了应对这些可能性,步进电机通常尺寸过大,以处理扭矩峰值、失速或其他可能导致电机失速的异常情况。然而,当丢失的步骤可能对应用程序或过程有害时,另一个解决方案是在闭环系统中运行步进电机,并使用位置反馈来检测和纠正定位错误。步进电机通常有三种类型的闭环控制,每种类型都提供不同级别的定位控制和复杂性。

    基于失步补偿的常见闭环步进电机系统类型,又称失步控制或步进位置维护。在此设置中,驱动器以微步模式运行,编码器跟踪轴置。如果检测到丢失的步数,控制器将命令额外的步数,使电机(或负载)达到所需的位置。失步补偿是一种简单的步进电机闭环方案,如上述,是一种广泛的方案,但其主要缺点是它只补偿移动结束时错过的步骤,而不是在整个过程中连续补偿。移动配置文件。负载位置控制,又称闭环微步,连续监控轴(或负载)位置,产生错误信号。控制器使用此误差信号实时调整命令。采用负载位置控制,系统仍以微步模式作为步进系统运行,但更准确地遵循移动曲线,而不是允许电机在移动过程中发生偏差,并在移动结束时发出单位补偿命令。

    先进的闭环步进控制方法是将电机用作两相无刷 ( BLDC ) 电机运行。(请注意,许多步进电机的两个相位偏移 90°,无刷直流电机的三个相位偏移 120°。)该方法称为伺服步进或闭环步进控制。对于步进电机的伺服控制,而不是驱动器从编码器的反馈检测轴位置向电机提供全电流,并控制电路(通常是 PID 确定轴跟随所需的确切扭矩移动配置文件。换句话说,电机是由扭矩命令而不是电流脉冲驱动的。伺服控制方法比其他步进控制方法更有效,因为它只提供实现运动曲线所需的电流。效率高意味着热量少,电机寿命长。伺服控制还消除了困扰其他控制方法的共振问题,在低速时提供高扭矩,并允许电机在不拉出扭矩的情况下使用全额定扭矩。步进电机的伺服控制虽然比开环系统复杂,但仍低于完整伺服系统。

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