【一览电机工程师】步进电机的闭环控制
qq273157196
2013年07月10日 14:32:15
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步进电机的开环电路驱动在高速转动时。因此,步进电机被称为速度控制或位置控制的低成本驱动系统。 步进电机基本上以开环电路驱动,用于位置控制。换句话说,步进电机以外的电机尤其是高精度的步进电机之外并没有做开环控制定位的,而用开环电路驱动的电机只有步进电机。例如无刷电机,首先为切换相,需要测出转子位置,需要含位置传感器的位置闭环电路。而且如果按一定速度驱动,需测出转子的速度,此为速度闭环电路:如果想定位控制,需要含有转子位置信号的编码器等传感器的闭环电路。与开环驱动的步进电机相比较,含传感器的闭环电路成本高。因此,步进电机被称为速度控制或位置控制的低成本驱动系统。

步进电机的开环电路驱动在高速转动时。因此,步进电机被称为速度控制或位置控制的低成本驱动系统。
步进电机基本上以开环电路驱动,用于位置控制。换句话说,步进电机以外的电机尤其是高精度的步进电机之外并没有做开环控制定位的,而用开环电路驱动的电机只有步进电机。例如无刷电机,首先为切换相,需要测出转子位置,需要含位置传感器的位置闭环电路。而且如果按一定速度驱动,需测出转子的速度,此为速度闭环电路:如果想定位控制,需要含有转子位置信号的编码器等传感器的闭环电路。与开环驱动的步进电机相比较,含传感器的闭环电路成本高。因此,步进电机被称为速度控制或位置控制的低成本驱动系统。
相对步距角闭环控制方式,按照步进电机转子的运动位置(激磁磁通位置)在适当的位置给各相通激磁电流,有不会受到电流闭环控制制约的优点。但与按照负载的变化增减电流的电流闭环控制系统不同,它存在轻载时效率低的缺点。因此,低速时用电流闭环控制,高速时,用步距角闭环控制,尤其在步进电机静止时保持激磁电流恒定,可以产生保持力矩,并可以随时按照动作条件,切换控制方式。
步进电机的开环电路驱动在高速转动时,有失步、振动(噪音)以及高速运行困难等问题,为了弥补这些缺点,步进电机安装角度传感器,形成闭环控制,用以检测并避免失步。步进电机的闭环控制方式大致分为两种:
1 、使磁极磁通与电流的相位关系保持一致,使其产生能带动负载转矩的电磁转矩,这种控制电机电流的方式与无刷直流电机控制方式相同,称为无刷驱动方式或电流闭环控制方式。
2 、电机电流保持一定,控制激磁磁通与电流相位角的方式,称为功率角闭环控制方法。功率角为转子磁极与定子激磁相(或认为是同步电机的定子旋转磁场线也可以)相互吸引所称的相位角。此功率角在低速时或轻载时较小,高速时或高负载时较大。
电流闭环控制方法与交流伺服控制方法相同,通过电流控制环(转矩控制)适应负载的变化。

以上信息摘自一览电机工程师



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lingnangongkong
2013年07月18日 18:13:07
2楼
步进 电机的开环电路驱动在高速转动时。因此,步进 电机被称为速度控制或位置控制的低成本驱动系统。
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qq273157196
2013年07月19日 15:22:22
3楼
【一览电机工程师】步进电机常见问题和处理方法

步进电机常见问题和处理方法对照表: 现象可能的原因措施 电机不转指示灯无显示检查供电是否正常 故障指示灯亮检查驱动器是否过流、过热、缺电机 电机轴已锁,电机不动作。检查外部控制信号 指示灯显示正常,电机轴未锁机检查MF信号是否有效 驱动器控制模式选择不匹配选择好对应的控制模式方式 电机啸叫驱动器运行电流与电机额定电流不匹配 驱动器运行电流与电机额定电流不匹配 加速时间太短加长加速时间或增大驱动器脉冲滤波常数 最高速度设置过大降低最高速度 位置不准细分数不对选择正确的细分数 电机负载过大更换电机或适当增大驱动器运行电流 “漏电”现象驱动器、电机没有可靠接地把驱动器、电机可靠接地 驱动器、电机严重发热步进驱动器运行电流大或外界散热条件差适当的减小驱动器运行电流或增加驱动器和电机的通风散热
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qq273157196
2013年07月22日 11:24:06
4楼
【一览电机工程师】各式减速机的优势

  减速机就是降低设备运输速度的设备,很多企业在生产上都是需要配备减速机的。现今市场上减速机的种类还是比较多的,常用的主要有下面几种:行星减速机、齿轮减速机和蜗轮蜗杆减速机。下面兴丰元机电给大家就上面这3种减速机给大家详细的解析,希望能够帮助各位更好的使用减速机。
  行星减速机的设计结构比较紧凑,这就导致回程距离小,的间隙较小,而且减速机的精度也比较高。行星减速机具有较大输出扭矩,其使用寿命一般都比较长。但是,因为其制作比较精密,耗费的成本也比较高,所以其价格也比较贵。
  齿轮减速机与行星减速机同样具有结构紧凑、体积小等优点;同时其重量还比较轻容易搬运,可以移动使用,能适应更多环境。但是齿轮减速机的传动比与行星减速机、涡轮减速机相比,其传动比较小,无法进行快速运转。
  蜗轮蜗杆减速机最突出的优势就是其具有反向自锁的功能,与相比其它几种减速机具有较大的减速比。同时我们也需要看到蜗轮蜗杆减速机的缺点,那就是其传动效率不够高,精度也不是很高,无法满足高精度的减速要求。
  
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qq273157196
2013年07月24日 17:10:39
5楼
【一览电机工程师】中国减速机节能环保之路

   随着各类能源的稀缺,节能环保已经成为了世界性的共同话题。近年来,我国也摒弃了以往的粗放式的发展,积极寻求又好又快的经济增长方式,致力于建设资源节约型和环境友好型社会。减速机行业作为我国工业中的基础行业,已经形成了比较成熟的行业体系。在工业生产全面倡导节能减排的背景下,减速机行业也应该尽可能地节约能源,充分利用生产资源,减少废弃物的排放,实现国家节能减排的标准。  减速机行业走节能减排的道路,不仅体现在清洁生产,节能生产上,还体现在减速机的产品上。我国减速机产品虽然已经比较成熟,但是与欧美高端产品相比,在设计上和性能上还存在一定的差距,目前国际上电机的发展趋势是简约化、轻量化,而我国的减速机电机显然比国际上比较通用的电机要大许多。这样的电机不仅会增加制造时原材料的用量,而且耗电也更多,显然不符合节能减排的标准。同时,因为电机的体积过大,减速机的体积肯定也会更大,因为配件体积大、重量大,这样的减速机能耗会更多。因此,节能减排,就必须优化减速机的设计,提高减速机的能量转化率,才能使减速机在应用中更加省电,实现节能减排。
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qq273157196
2013年07月25日 17:09:45
6楼
【一览电机工程师】步进电机选型的注意事项

  保持转矩也叫静力矩,是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。由于步进电机低速运转时的力矩接近保持转矩,而步进电机的力矩随着速度的增大而快速衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以说保持转矩是衡量步进电机负载能力最重要的参数之一。 一、选择保持转矩 保持转矩也叫静力矩,是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。由于步进电机低速运转时的力矩接近保持转矩,而步进电机的力矩随着速度的增大而快速衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以说保持转矩是衡量步进电机负载能力最重要的参数之一。比如,一般不加说明地讲到1N.m的步进电机,可以理解为保持转矩是1N.m。 二、选择相数 两相步进电机成本低,步距角最少1.8 度,低速时的震动较大,高速时力矩下降快,适用于高速且对精度和平稳性要求不高的场合;三相步进电机步距角最少1.2度,振动比两相步进电机小,低速性能好于两相步进电机,最高速度比两相步进电机高百分之30至50,适用于高速且对精度和平稳性要求较高的场合;5相步进电机步距角更小,低速性能好于3相步进电机,但成本偏高,适用于中低速段且对精度和平稳性要求较高的场合。三、选择步进电机 应遵循先选电机后选步进驱动器原则,先明确负载特性,再通过比较不同型号步进电机的静力矩和矩频曲线,找到与负载特性最匹配的步进电机;精度要求高时,应采用机械减速装置,以使电机工作在效率最高、噪音最低的状态;避免使电机工作在振动区,如若必须则通过改变电压、电流或增加阻尼的方法解决;电源电压方面,建议57电机采用直流24V-36V、86电机采用直流46V、110电机采用高于直流80V;大转动惯量负载应选择机座号较大的电机;大惯量负载、工作转速较高时,电机而应采用逐渐升频提速,以防止电机失步、减少噪音、提高停转时的定位精度;鉴于步进电机力矩一般在40Nm以下,超出此力矩范围,且运转速度大于1000RPM时,即应考虑选择伺服电机,一般交流伺服电机可正常运转于3000RPM,直流伺服电机可可正常运转于10000RPM。四、选择驱动器和细分数 最好不选择整步状态,因为整步状态时振动较大;尽量选择小电流、大电感、低电压的驱动器;配用大于工作电流的驱动器、在需要低振动或高精度时配用细分型驱动器、对于大转矩电机配用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能;在电机实际使用转速通常较高且对精度和平稳性要求不高的场合,不必选择高细分数驱动器,以便节约成本;在电机实际使用转速通常很低的条件下,应选用较大细分数,以确保运转平滑,减少振动和噪音;总之,在选择细分数时,应综合考虑电机的实际运转速度、负载力矩范围、减速器设置情况、精度要求、振动和噪音要求等
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qq273157196
2013年07月26日 16:21:37
7楼
【一览电机工程师】伺服电机编码器线数问题

   现在很多人都认为编码器线数越高,伺服电机的控制精度越高,就致使一些人单纯的考虑是不是自己的设备控制精度不够单纯的去追求配有很高编码器线数的伺服电机。殊不知伺服电机的主要成本就在于编码器,编码器越高,所花费的成本也就更大,对于一些不太清楚的人望花冤枉钱。 编码器的刻线有10000的;这是一个错误的无知的追求,你花高价买的这个10000刻线的编码器,可能不会帮助你,反而会给你带来很多麻烦; 编码器的类别要与伺服电机的属性一致:要与伺服电机的属性一致 直流伺服电机的编码器,刻线要与直流电机的槽数相配合; 交流伺服电机的编码器,刻线要与交流电机的极数、相数相配合; 目的是刻线是电机步进的整数倍,这样编码的检测信号就会是整数,不会有小数,不会有偏差;所谓增量式和绝对式编码器,差别就是前者只有秒针,没有分针、时针的计时器一样。 编码器的作用,主要是能检测伺服实际运行的步数、转数等到,并能输出实际运行所需要的信息,如起点位置、转向、……。系统的目的是被驱动的工件的位置、位移、速度等的精确控制,这个控制的精确度恰恰与编码器的刻线多少无关,只要编码器能精确检测出步数即可。
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qq273157196
2013年07月27日 11:05:58
8楼
【一览电机工程师】振动电机的大力推广

  全国首个再制造示范工程“振动电机高效再制造示范工程”在北京启动,标志着“十二五”期间我国工业节能又迈出实质性一步。就在这项示范工程启动前一周,相关部门还在北京召开了振动电机系统节能技术研讨会,力图推进振动电机系统节能工程的实施。  纵观这两年,针对高效振动电机的类似活动还有很多。这足以说明两点:其一,显现我国对异步振动电机效率的高度注重;其二,高效振动电机在我国运用较少,还需再加把劲宣传推行。   我国注重异步振动电机效率,缘于我国所运用的振动电机产品普遍耗能高。振动电机作为机械设备的动力源,在国民经济树立的各个范畴得到普遍应用,耗电量庞大。数据显现,我国电机装机总容量已达4亿多千瓦,年耗电量达1.2万亿千瓦时,耗电量约占全国工业电耗的60%左右,占全国总电耗的50%。以北京为例,工业系统振动电机装机容量约2000万千瓦,年耗电量约450亿千瓦时,占工业系统电耗的75%左右。   但是,我国运用的振动电机普遍为普通电机,其效率大有进步的空间。目前我国运用的Y系列电机占总量的90%,这种电机开发于上世纪90年代,其平均效率仅有87.3%,而最新系列电机的效率高达91.7%。与兴隆国度比,我国电机的平均效率低3~5个百分点,运转效率低10~20个百分点。若是能把这3~5个百分点补足,我国每年即可节约500亿千瓦时以上的电量。   振动电机耗电量大,效率又不高,这是我国注重异步振动电机效率的缘由。固然往常大家曾经开端注重,但是,在推行高效电机过程中,相关单位仍需再加一把劲。   高效电机的应用真实太少。我国具备设计、消费、测试高效振动电机才干的企业只需30~50家,高效振动电机市场范围仅占全部市场的10%~15%,而且这些高效电机的90%还用于出口。   另外,高效振动电机主要依赖进口,招致价钱昂贵,这也是推行困难的一大缘由。这需求国度加大对国内振动电机制造企业的扶持,令国产产品尽快构成市场竞争力。
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qq273157196
2013年07月29日 10:56:54
9楼
[一览电机工程师]步进电机实现了机器人工程作业

   随着步进电机制造工艺的更加精密,我国生产的步进电机已经不再用于以往的机械制造行业了,步进电机集合了发电机、电动机和补偿机的工作原理于一身,通过对功率因数的不断调节,在稳固运行时,大型同步电动机可提高运行的效率。小型同步电动机在变频调速系统中也有效到多应用,它不带有任何的机械负载,靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率,彻底的解决了灵活调节电网功率的作用。 利用步进电机工作原理及加工工艺的不断完善。我国已经成功的发明了以步机电机元器件为主的机器人。利用直流伺服电机快速驱动的作用。完成手指抓取功能,步进电机的低速动转时比直流电机输出的转矩大,因此可以循环的进行控制,它不需要任何的传感器件,而且体积非常的小,为我们的生产带来了巨大的方便,现在的步机电机机器人不仅可以用于拧螺钉还可以搬运东西、质量检测。 步机电机取得如此快速的发展,也标志着我国科学技术的新提升。它让我们的生活变得更加方便化、简单化。
  
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qq273157196
2013年07月30日 10:30:52
11楼
【一览电机工程师】   如何解决步进电机对接收机干扰的问题

   步进电机对接收机干扰的解决方法
   某三相步进电机驱动器外壳未采用铝、钛、镁合金外壳进行磁屏蔽,输出电流3A,电压325V,对高灵敏的接收机系统造成干扰,使其无法工作,并且污染电源,造成控制系统的单片机和上位机无法进行通讯,严重者造成单片机死机,给正常使用造成了困难,产生这样的问题该如何解决?
    1.“一点接地”原则。将电源滤波器的地、驱动器PE(地)(驱动器与机箱底板绝缘)、控制脉冲PULSE-和方向脉冲DIR-短接后的引出线、电机接地线、驱动器与电机之间电缆防护套、驱动器屏蔽线均接到机箱壁上的接地柱上,并要求接触良好。
    2.尽量加大控制线与电源线(L、N)、电机驱动线(U、V、W)之间的距离,避免交叉.比如我们在处理双轴驱动系统中两个处在同一机箱的驱动器安装位置时,一个驱动器铭牌朝前,另一个则朝后,并在结构布置上使这些引线尽量短。
    3.加装电源滤波器,减少对交流电源的污染。
    4.使用屏蔽线减轻外界对自己的干扰,或自己(电源线)对外界的干扰。
   
   
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qq273157196
2013年07月31日 13:59:09
12楼
【一览电机工程师】步进电机如何采用全闭式环控制

步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定,在低端行业应用广泛,步进电机运动控制实现全闭环,是工控行业的一大难题。
主要问题有两个,原点的不确定性和失步,目前,采用高速光电开关作为步进系统的原点,这个误差在毫米级,所以在精确控制领域,是不能接受的。另外,为了提高运行精度,步进电机系统的驱动采用多细分,有的大于16,假如用在往复运动过程中,误差大的惊人。已经不能适应加工领域。
为此,提出步进电机全闭环控制系统,以适应目前运动控制领域的需求。
1、 硬件连接
硬件连接加装编码器,根据细分要求,采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。
2、 原点控制
根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点,同数控系统相同,精度可以达到2/编码器解析度×4。
3、 失步控制
根据编码器的反馈数据,实时调整输出脉冲,根据失步调整程度,采取相应办法。
下图是电路原理



4、 电路原理描述
电路采用超大规模电路FPGA,输入、输出可以达到兆级的相应频率,电源3.3V,利用2596开关电源,将24V转为3.3V,方便实用。
输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算,及时修正输出脉冲量和频率。
5、 应用描述
本电路有两种模式,返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时,进入原点模式,反之,进入运行模式。
在原点模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,当碰到原点开关后,降低输出脉冲频率,根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点。返回原点完成后,输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下,永远保持。
在运行模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,同时计算反馈数据,假如出现误差,及时修正。另外,大惯量运行时,加减速设置不合理的情况下,可能会及时反向修正。
6、 技术指标
(1)输入输出相应频率:≤1M;
(2)脉冲同步时间误差:≤10ms;(主要延误在反向修正,不考虑反向修正,≤10us)
(3)重定位电气精度: ≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分)
(4)重定位原点电气精度≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分)
(5)适应PNP,NPN接口
(6)适应伺服脉冲控制
(7)适应各种编码其接口
步进电机运动控制一旦解决上述问题,增加数百元成本的情况下可以实现全闭环控制,毫不逊色于伺服系统。特别是其价格低廉、控制简单、寿命长久的特点在某些场合,可能优于伺服系统。
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