閉環(huán)控制vs傳統開(kāi)環(huán)，步進(jìn)電機驅動(dòng)的新選擇

在工業(yè)自動(dòng)化中，步進(jìn)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(pán)等都有步進(jìn)電機的身影。傳統的步進(jìn)電機可以控制轉子的角度位置，而不需要傳感器來(lái)控制位置，是一種開(kāi)環(huán)控制系統，在這樣的控制方式下，步進(jìn)電機控制脈沖的輸入并不依賴(lài)于轉子的位置，反而是按一固定的規律發(fā)出其控制脈沖，步進(jìn)電機僅依靠這一系列既定的脈沖而工作。大部分基于步進(jìn)電機的運動(dòng)系統運行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，因此能夠提供低成本的解決方案。實(shí)際上，步進(jìn)系統是唯一的一個(gè)不需反饋就具備位置控制能力的運動(dòng)技術(shù)，但是當步進(jìn)電機以開(kāi)環(huán)方式驅動(dòng)負載時(shí)，在指令步和實(shí)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(jìn)電動(dòng)機的閉環(huán)控制則是采用位置反饋或速度反饋來(lái)確定與轉子位置相適應的相位轉換，閉合了回路以校驗/控制失步、檢測電機堵轉，并保證了更大的有效力矩輸出，為用戶(hù)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(jìn)電機的低價(jià)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(dòng)控制應用提供更經(jīng)濟的選擇。

閉環(huán)步進(jìn)電機驅動(dòng)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(jìn)電機（步進(jìn)伺服電機）兼有步進(jìn)電機和伺服電機兩者優(yōu)點(diǎn)。

01 可頻繁的起動(dòng)/停止

閉環(huán)步進(jìn)電機驅動(dòng)適用于需要頻繁起動(dòng)/停止的用途。

02 免增益調整

即使是在皮帶機構、凸輪、鏈條驅動(dòng)等負載發(fā)生變動(dòng)的情況下，也可不用通過(guò)增益調節，便實(shí)現定位。而伺服電機中伺服系統的增益對電機性能有很大影響，而且調節伺服增益是很費時(shí)又費力的事情。

03 穩態(tài)靜止，無(wú)抖動(dòng)

伺服電機在停止時(shí)候由于依靠編碼器定位需要增益調節因此無(wú)法做到絕對靜止，而步進(jìn)伺服電機定位時(shí)無(wú)微小振動(dòng)，通過(guò)電機自身保持力停止，因此最適合用于需無(wú)振動(dòng)停止的低剛性機構用途，典型應用如光學(xué)領(lǐng)域等。

04 可實(shí)現大慣性負載的驅動(dòng)

比起同等安裝尺寸的伺服電機，步進(jìn)伺服可驅動(dòng)更大慣性的負載。

05 高速

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

06 高響應

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

07 大力矩

與傳統的步進(jìn)電機相比，閉環(huán)步進(jìn)電機可以在非常寬的速度范圍內輸出很大的力矩，驅動(dòng)可以做到100%的負載連續運行。無(wú)需擔心電機驅動(dòng)負載的能力，這與傳統的微步（細分）驅動(dòng)完全不同。步進(jìn)伺服可以根據電機的轉速采用獨特電流控制技術(shù)做到高速范圍內依舊可以輸出大力矩。配合ADI Trinamic的CoolStep和Dcstep驅動(dòng)器的輸出電流會(huì )隨著(zhù)外部負載閉環(huán)動(dòng)態(tài)增加或減少。

08 低速無(wú)振動(dòng)，靜音

由于驅動(dòng)器采用了矢量控制技術(shù)，加之ADI Trinamic特有的StealthChop和SpreadCycle專(zhuān)利技術(shù)可以保證電機低速時(shí)候無(wú)振動(dòng)，靜音效果。

09 閉環(huán)電機發(fā)熱，實(shí)現高效率

閉環(huán)步進(jìn)與ADI Trinamic特有的Coolstep技術(shù)（電流隨負載動(dòng)態(tài)調節）結合，能減少電機發(fā)熱，降低電機運行溫度，提高效率的同時(shí)進(jìn)一步節能。

步進(jìn)電機閉環(huán)驅動(dòng)解決方案推薦

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

傳統半閉環(huán)步進(jìn)方案

ADI Trinamic采用的位置全閉環(huán)控制模式，模塊集成了總線(xiàn)接口、運動(dòng)控制功能、輸入輸出、電機驅動(dòng)和程序存儲，編碼器的信號反饋到模塊內部完成閉環(huán)控制，具有布線(xiàn)簡(jiǎn)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(jìn)方案

閉環(huán)驅動(dòng)高性?xún)r(jià)比方案選擇

●    TMC4361+TMC2130/TMC5130（小功率）

●    TMC4361+TMC2160/TMC5160（大功率）

TMC4361是一款步進(jìn)電機全閉環(huán)伺服控制器，實(shí)現電流環(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(diǎn)加減速，防止電機啟停時(shí)發(fā)生過(guò)沖現象。此外，TMC4361采用ADI Trinamic DcStep、閉環(huán)控制和ChopSync技術(shù)，盡可能快地驅動(dòng)高負載而不會(huì )出現步進(jìn)損耗。

例如在閉環(huán)控制的整個(gè)運動(dòng)過(guò)程中，如果發(fā)現發(fā)了1000個(gè)脈沖電機只走了998步，將會(huì )發(fā)送指令反饋給MCU，MCU再補回兩個(gè)脈沖，讓電機再走兩步，完成電機所要實(shí)現1000步的指令。步進(jìn)電機的閉環(huán)控制，有著(zhù)校驗步數、防止丟步、堵轉檢測、力矩控制等關(guān)鍵技術(shù)，其穩定性更好、精度更高，同時(shí)具備高響應、高速性。

TMC4361步進(jìn)電機閉環(huán)驅動(dòng)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，讓工程師們設計時(shí)更方便。

●    S形斜坡

●    可急停、急停防過(guò)沖、頻繁啟動(dòng)或停止

●    任意點(diǎn)加減速控制

●    免增益，靜止無(wú)抖動(dòng)

●    靜音、低速無(wú)抖動(dòng)

●    高速，高效率，高響應

閉環(huán)驅動(dòng)控制模塊化解決方案

TMCM-1310是全封閉單軸步進(jìn)控制單元，適用于需要高可靠性和動(dòng)態(tài)特性的所有應用。該設備由ADI Trinamic StallGuard2，CoolStep和SpreadCycle斬波器技術(shù)驅動(dòng)。TMCM-1310能夠從每個(gè)輸出驅動(dòng)高達4.3A的電流（帶有適當的散熱片）。設計用于9-51V的工作電壓。該設備提供USB，EtherCAT和編碼器接口。

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