為你支招，步進(jìn)電機驅動(dòng)設計不再難

圖6 電流可控的等角度恒力矩細分

下面介紹合成矢量幅值保持不變的數學(xué)模型：當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由細分數決定)，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的角度一樣。額定電流可調是指可滿(mǎn)足各種系列電機的要求。例如，86系列電機的額定電流為6～8 A，而57系列電機一般不超過(guò)6 A，驅動(dòng)器有各種檔位電流可供選擇。細分為對額定電流的細分。

為實(shí)現“額定電流可調的等角度恒力距”，理論上只要各相相電流能夠滿(mǎn)足以上的數學(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偏差，即各步步距角不等，細分也失去了意義。

步進(jìn)電機的選擇

步進(jìn)電機有步距角(涉及到相數)、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機的型號便確定下來(lái)了。

1、步距角的選擇

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

2、靜力矩的選擇

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

3、電流的選擇

靜力矩一樣的電機，由于電流參數不同，其運行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線(xiàn)圖，判斷電機的電流。

4、力矩與功率換算

步進(jìn)電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)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(簡(jiǎn)稱(chēng)pps)

步進(jìn)電機在應用中的注意點(diǎn)

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

2、步進(jìn)電機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，只有標稱(chēng)為12v電壓的電機使用12v外，其他電機的電壓值不是驅動(dòng)電壓伏值，可根據驅動(dòng)器選擇驅動(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)，當然12伏的電壓除12v恒壓驅動(dòng)外也可以采用其他驅動(dòng)電源，不過(guò)要考慮溫升。

4、轉動(dòng)慣量大的負載應選擇大機座號電機。

5、電機在較高速或大慣量負載時(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)，應通過(guò)機械減速、提高電機速度,或采用高細分數的驅動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機，不過(guò)其整個(gè)系統的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠(chǎng)家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話(huà)。

7、電機不應在振動(dòng)區內工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

8、電機在600pps(0.9度)以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅動(dòng)。

9、應遵循先選電機后選驅動(dòng)的原則。

步進(jìn)電機調速注意特點(diǎn)

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

1、可以用數字信號直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)系統簡(jiǎn)單廉價(jià)，位移與輸入脈沖信號數相對應，步距誤差不長(cháng)期積累，開(kāi)環(huán)控制系統既簡(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。

2、由于步進(jìn)電機無(wú)刷，因此本體部件少，可靠性高。

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

4、步距角可在大范圍內選擇，在小步距情況下，能夠在超低轉速下高轉距穩定運行，可以不經(jīng)減速器直接驅動(dòng)負載。

5、速度可在相當寬范圍內平滑調節， 可以用一臺控制器同時(shí)控制幾臺步進(jìn)電機完全同步運行。

6、步進(jìn)電機帶慣性負載能力較差，由于存在失步和共振問(wèn)題，步進(jìn)電機的加減速方法在不同的應用狀態(tài)下，情況較為復雜。

步進(jìn)電機定位不準怎么辦?

在調機過(guò)程中發(fā)現步進(jìn)電機定位不準現象怎么辦?一般由以下幾方面原因引起：

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

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)合軟件補償太多或太少;

4、 馬達力量不夠;

5、 控制器受干擾引起誤動(dòng)作;

6、 驅動(dòng)器受干擾引起;

7、 軟件缺陷;

針對以上問(wèn)題分析如下：

1)一般的步進(jìn)驅動(dòng)器對方向和脈沖信號都有一定的要求，如：方向信號在第一個(gè)脈沖上升沿或下降沿(不同的驅動(dòng)器要求不一樣)到來(lái)前數微秒被確定，否則會(huì )有一個(gè)脈沖所運轉的角度與實(shí)際需要的轉向相反，最后故障現象表現為越走越偏，細分越小越明顯，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)電機特點(diǎn)決定初速度不能太高，尤其帶的負載慣量較大情況下,建議初速度在1r/s以下，這樣沖擊較小，同樣加速度太大對系統沖擊也大，容易過(guò)沖，導致定位不準;電機正轉和反轉之間應有一定的暫停時(shí)間,若沒(méi)有就會(huì )因反向加速度太大引起過(guò)沖。

3)根據實(shí)際情況調整被償參數值，(因為同步帶彈性形變較大，所以改變方向時(shí)需加一定的補償)。

4)適當地增大馬達電流，提高驅動(dòng)器電壓(注意選配驅動(dòng)器)，選扭矩大一些的馬達。

5)系統的干擾引起控制器或驅動(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(jiàn)措施：