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步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制

為什么需要步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制?

  步進(jìn)電機(jī)由于受到自身制造工藝的限制,如步距角的大小由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)決定,但轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)是有限的,因此步進(jìn)電機(jī)的步距角一般較大并且是固定的,從而導(dǎo)致步進(jìn)的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運(yùn)行時(shí)振動(dòng),噪音比其他微電機(jī)都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。以上缺點(diǎn)使步進(jìn)電機(jī)只能應(yīng)用在一些要求較低的場(chǎng)合,對(duì)要求較高的場(chǎng)合,只能采取閉環(huán)控制,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,這些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了步進(jìn)電機(jī)作為優(yōu)良的開環(huán)控制組件的有效利用,而步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點(diǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制

步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展

  步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)是七十年代中期發(fā)展起來的,是一種可以顯著改善步進(jìn)電機(jī)綜合使用性能的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。美國(guó)學(xué)者、首次在美國(guó)增量運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及器件年會(huì)上提出步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分的控制方法,在其后的二十多年里,步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)得到很大的發(fā)展,逐步發(fā)展到上世紀(jì)九十年代完全成熟的。我國(guó)對(duì)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究,起步時(shí)間與國(guó)外相差無幾。   步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)在九十年代中期的到了較大的發(fā)展,主要應(yīng)用在工業(yè)、航天、機(jī)器人、精密測(cè)量等領(lǐng)域,如跟蹤衛(wèi)星用光電經(jīng)緯儀、軍用儀器、通訊和雷達(dá)等設(shè)備。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使得電機(jī)的相數(shù)不受步距角的限制,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來了方便。

步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制的原理

  電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)圓周, 步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一整個(gè)步距角,若四相步進(jìn)電機(jī)按A→B→C→D→A 的順序輪流通電, 即整步工作, 磁場(chǎng)分四拍旋轉(zhuǎn), 每次電流換向, 步進(jìn)電機(jī)將前進(jìn)整步距角的1/4。而按A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 的順序輪流通電, 即半步工作, 每次電流換向, 步進(jìn)電機(jī)將前進(jìn)整步距角的1/8。但是, 如果半步工作狀態(tài)下每拍前進(jìn)的角度超過控制精度要求, 則需要對(duì)步距角進(jìn)行更進(jìn)一步的細(xì)分。   電磁力的大小跟繞組通電電流的大小是相關(guān)的,當(dāng)通電相的電流不馬上到達(dá)峰值,而斷電相的電流也不立。即降為零時(shí),電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)為上兩相電流共同合成,而產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力,會(huì)使轉(zhuǎn)子有一個(gè)新的平衡位置,這個(gè)新的平衡位置在原步距角的范圍內(nèi)。也就是說,如果繞組電流的波形不再是一個(gè)近似方波,而是分成N個(gè)階梯的近似階梯波,則電流每升或者降一個(gè)階梯時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一小步。當(dāng)轉(zhuǎn)子按照這個(gè)規(guī)律轉(zhuǎn)過N小步時(shí),實(shí)際相當(dāng)于它轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角,這種將一個(gè)步距角分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法,稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。

不常用的步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制方法

  1、最初對(duì)步進(jìn)電機(jī)相電流的控制是由硬件來實(shí)現(xiàn)的,通常采用兩種方法,采用多路功率開關(guān)電流供電,在繞組上進(jìn)行電流疊加,這種方法使功率管損耗少,但由于路數(shù)多,所以器件多,體積大。   2、先對(duì)脈沖信號(hào)疊加,再經(jīng)功率管線性放大,獲得階梯形電流,優(yōu)點(diǎn)是所用器件少,但功率管功耗大,系統(tǒng)功率低,如果管子工作在非線性區(qū)會(huì)引起失真、由于本身不可克服的缺點(diǎn)。   因此目前已很少采用這兩類方法。

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