為你支招，步進電機驅(qū)動設(shè)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(shù)學(xué)模型：當(dāng)Ia=Im·cosx，Ib=Im·sinx時(式中Im為電流額定值，Ia、Ib為實際的相電流，x由細分數(shù)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(zhuǎn)的角度一樣。額定電流可調(diào)是指可滿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6 A，驅(qū)動器有各種檔位電流可供選擇。細分為對額定電流的細分。

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

步進電機的選擇

步進電機有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。

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(dāng)量)換算到電機軸上，每個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度(包括減速)。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進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

步進電機的動態(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(jù)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。直接起動時(一般由低速)時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來(幾何尺寸)

3、電流的選擇

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

4、力矩與功率換算

步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，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(zhuǎn)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(shù)(簡稱pps)

步進電機在應(yīng)用中的注意點

1、步進電機應(yīng)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，(0.9度時6666pps)，最好在1000-3000pps(0.9度)間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。

2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。

3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12v電壓的電機使用12v外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓(建議：57byg 采用直流24v-36v，86byg采用直流50v,110byg采用高于直流80v)，當(dāng)然12伏的電壓除12v恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源，不過要考慮溫升。

4、轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。

5、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。

6、高精度時，應(yīng)通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。

7、電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

8、電機在600pps(0.9度)以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。

9、應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。

步進電機調(diào)速注意特點

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

1、可以用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)簡單廉價，位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，開環(huán)控制系統(tǒng)既簡單又具有一定的精度; 在要求更高精度時，也可以采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2、由于步進電機無刷，因此本體部件少，可靠性高。

3、易于起動，停止，正反轉(zhuǎn)，速度響應(yīng)性好;停止時一般有自鎖能力。

4、步距角可在大范圍內(nèi)選擇，在小步距情況下，能夠在超低轉(zhuǎn)速下高轉(zhuǎn)距穩(wěn)定運行，可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動負載。

5、速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)， 可以用一臺控制器同時控制幾臺步進電機完全同步運行。

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

步進電機定位不準(zhǔn)怎么辦?

在調(diào)機過程中發(fā)現(xiàn)步進電機定位不準(zhǔn)現(xiàn)象怎么辦?一般由以下幾方面原因引起：

1、 改變方向時丟脈沖，表現(xiàn)為往任何一個方向都準(zhǔn)，但一改變方向就累計偏差，并且次數(shù)越多偏得越多;

2、 初速度太高，加速度太大，引起有時丟步;

3、 在用同步帶的場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作;

6、 驅(qū)動器受干擾引起;

7、 軟件缺陷;

針對以上問題分析如下：

1)一般的步進驅(qū)動器對方向和脈沖信號都有一定的要求，如：方向信號在第一個脈沖上升沿或下降沿(不同的驅(qū)動器要求不一樣)到來前數(shù)微秒被確定，否則會有一個脈沖所運轉(zhuǎn)的角度與實際需要的轉(zhuǎn)向相反，最后故障現(xiàn)象表現(xiàn)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。

2)由于步進電機特點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(tǒng)沖擊也大，容易過沖，導(dǎo)致定位不準(zhǔn);電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間應(yīng)有一定的暫停時間,若沒有就會因反向加速度太大引起過沖。

3)根據(jù)實際情況調(diào)整被償參數(shù)值，(因為同步帶彈性形變較大，所以改變方向時需加一定的補償)。

4)適當(dāng)?shù)卦龃篑R達電流，提高驅(qū)動器電壓(注意選配驅(qū)動器)，選扭矩大一些的馬達。

5)系統(tǒng)的干擾引起控制器或驅(qū)動器的誤動作，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，常見措施：