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剖析传统步进电机转型闭环控制

电子发烧友网 2021-09-17 10:58 次阅读

电子发烧友网报道(文/李宁远)在工业自动化中,步进电机的应用非常的广泛。例如工业机器人、3D打印机计算机硬盘等都有步进电机的身影。传统的步进电机可以控制转子的角度位置,而不需要传感器来控制位置,是一种开环控制系统。

但随着伺服闭环控制在高速度,高响应,高精度这“三高”上表现越来越出色,步进电机也开始往闭环控制上发展。越来越多厂商推出一体化闭环电机,填补开环的步进电机和高性能伺服电机中间阶段的空白。

当然有人说步进电机没有必要闭环控制,使用时不超过它的允许范围内使用就可以。闭环控制的步进电机肯定有其价值, 它针对那些有高要求但又不至于使用伺服电机的场景, 给市场更多的选择。

闭环控制下步进系统精度提升

首先,大家都知道,步进系统便宜过伺服系统很多。因为其成本低, 在自动控制领域步进系统占有率还是很高的, 但步进系统存在丢步的可能性。虽然有微步驱动可以提高步进电机的准确性, 但微步并不是完全可靠。

有了闭环控制器, 步进系统精度一点不比伺服差了, 只是速度肯定还是没法和伺服比。步进电机配合闭环控制以及光栅尺基本可以实现全闭环控制,免除机械误差。在成本远小于伺服系统的情况下定位精度能达到传统步进电机无法达到的层次。

闭环步进电机不是单纯给步进电机配一个编码器,而是按照伺服电机系统的工作原理进行设计开发。目前最广泛应用的是电机专用DSP芯片,采用32位的DSP做为主处理器,以保证整个系统的高响应和高速,可以做到每隔25微秒就可以调整一次电机的电流,同时也会配置编码器。

Leadshine 42CME系列就是应用最新的电机专用DSP芯片和闭环控制技术。42CME是采用了1000线的增量光电编码器,转矩可以保持在0.2~0.8 N・m。在精度上较普通电机有很明显的提升,步距角可以控制在±0.09°。精度的提高意味着步进电机不再为个别阻力点的安全而降低速度和效率。在阻力点丢失的脉冲,控制器会在阻力点过后自动恢复速度, 并加速补偿回丢失的脉冲。

步进系统闭环解决丢步与过冲

对于伺服电机来说,在由高速转为低速时,不可避免地要过冲一段距离,然后再纠正。简单点说控制器发一个脉冲给伺服电机时,伺服电机往往不是走一个脉冲,而是走3个脉冲,然后回退2个脉冲。

在某些特定运动场合,这种过冲是不允许存在的。恰好的是,步进电机的特点就是不会过冲,结合步进电机自身的特点和伺服闭环的控制方式,在此类运动场合中有很大的应用空间。

这里可以看一下是全球有名的步进系统制造商日本东方电机。他们着重推的也是集开闭环控制一体的αSTEP步进电机。在位置偏差不到±1.8°工况下,还是采用开环模式,电机运行波形与脉冲指令基本吻合无延迟。在过载位置偏差达±1.8°后,切换至闭环控制对外力影响进行修正。

在标准的42系列里,转矩覆盖0.3 ~0.77N・m。编码器选择的是自家研发的ABZO机械绝对编码器,可以利用电动机轴检测±900 转(1800次旋转)的绝对位置。东方电机推出的号称永不丢步的步进电机在降速曲线不够的情况下, 出现过冲或丢步,电机会自动回位纠正。整过过程中加减速都经过几百级的速度平滑过渡, 不会有任何突然的振动或变化。

小结

市面上其实有很多电机厂商也推出不少结合闭环控制的步进电机,这里不一一列举,总的趋势来看步进电机是朝着闭环或者说混合的方向在发展。这种趋势会使步进系统逐渐进入高精度要求的机器,填补开环步进和高性能伺服中间断档的空缺。

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编辑:jq

原文标题:传统步进电机转型闭环控制

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BCM84885 Broadcom®BCM84885是一款双端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。
Broadcom® BCM84885是一款双端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。  该器件可为5GBASE-T,2.5执行所有物理层功能类别Cat5e,6或6A双绞线上的GBASE-T,1000BASE-T和100BASE-TX以太网。  BCM84885支持USXGMII,XFI,5000BASE-X,2500BASE- X和1000BASE-X(SGMII)接口,用于连接MAC。  BCM84885是一款高度集成的解决方案,集成了数字自适应均衡器,ADC,锁相环,线路驱动器,编码器,解码器,回声消除器,串扰消除器和所有必需的支持电路。  BCM84885采用节能以太网(EEE)协议。 EEE使BCM84885能够与符合EEE标准的链路伙伴进行自动协商和操作,从而在链路利用率较低时降低整体系统功耗。 Broadcom的AutogrEEEn®模式允许传统系统享受EEE的节能优势。  BCM84885可自动与线路另一端的任何收发器协商操作速度。  BCM84885具有增强型电缆诊断功能,可检测常见的电缆问题,如短路,开路和电缆长度。    功能 单芯片集成双端口以太网收发器-MAC...
发表于 07-04 10:09 232次 阅读
BCM84885 Broadcom®BCM84885是一款双端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。
BCM84880 Broadcom®BCM84880是一款单端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。
Broadcom® BCM84880是一款单端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。  该器件可为5GBASE-T,2.5执行所有物理层功能类别Cat5e,6或6A双绞线上的GBASE-T,1000BASE-T和100BASE-TX以太网。  BCM84880支持USXGMII,XFI,5000BASE-X,2500BASE- X和1000BASE-X(SGMII)接口,用于连接MAC。  BCM84880是一款高度集成的解决方案,集成了数字自适应均衡器,ADC,锁相环,线路驱动器,编码器,解码器,回声消除器,串扰消除器和所有必需的支持电路。  BCM84880采用节能以太网(EEE)协议。 EEE使BCM84880能够与符合EEE标准的链路伙伴进行自动协商和操作,从而在链路利用率较低时降低整体系统功耗。 Broadcom的AutogrEEEn®模式允许传统系统享受EEE的节能优势。  BCM84880可自动与线路另一端的任何收发器协商操作速度。  BCM84880具有增强型电缆诊断功能,可检测常见的电缆问题,如短路,开路和电缆长度。  功能 单芯片集成的单端口以太网收发器-MAC到磁性...
发表于 07-04 10:09 619次 阅读
BCM84880 Broadcom®BCM84880是一款单端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。
BCM2040-1 用于鼠标和键盘的单芯片蓝牙
集成是实现当今PC原始设备制造商系统成本目标的关键。通过将当今鼠标和键盘中的所有组件集成到BCM2040中,可以实现较低的系统成本,从而接近不推荐用于新设计有线鼠标和键盘的价格点。 BCM2040可直接连接鼠标光学或球形编码器和键盘扫描矩阵。   BCM2040是低成本蓝牙鼠标和键盘设备设计的重大突破。 BCM2040是一款真正的单芯片,集成了整个配置文件,应用程序和蓝牙协议栈,完全符合人机界面设备的Bluetooth SIG规范。该设备完全符合1.1版蓝牙规范,并支持关键的蓝牙1.2版功能,包括自适应跳频和快速连接,这对个人计算机中的鼠标和键盘应用至关重要。    功能 具有完全集成的人机接口设备(HID)配置文件和蓝牙1.1版堆栈的单芯片蓝牙设备  On-板8051处理器和RAM / ROM内存  自定义集成蓝牙核心处理器已经过优化,可支持HID配置文件并最大限度地降低功耗 应用程序 无线手机 无线耳机 无线键盘和鼠标 无线扬声器 智能设备 ...
发表于 07-04 10:08 201次 阅读
BCM2040-1 用于鼠标和键盘的单芯片蓝牙
BCM97315 DBS机顶盒参考设计
Broadcom的BCM97315是DBS机顶盒参考设计。   Broadcom的BCM97315是一个参考基于BCM7315的机顶盒设计。该参考设计提供完整的软件源代码,原理图和Gerber文件,并为交互式有线电视机顶终端制造商提供详细的设计信息。 BCM7315包括DBS解调器,MPEG-2视频,高质量2D图形引擎,MPEG和杜比数字音频,视频编码器和基于MIPS32的微处理器。包括所有系统内存和外围设备控制以完成机顶盒系统。 BCM97315还包括一个完整的SDRAM和闪存补充。 功能 BCM7315卫星单芯片 BCM3440 CMOS调谐器 用于PVR开发的IDE主机接口 应用程序 机顶盒...
发表于 07-04 10:08 252次 阅读
BCM97315 DBS机顶盒参考设计
BCM2042 高级无线键盘/鼠标蓝牙®解
真正的单芯片,集成了整个配置文件,应用程序和蓝牙协议栈,完全符合人机界面设备的蓝牙SIG规范。  BCM2042是低成本蓝牙鼠标和键盘设备设计的重大突破。 BCM2042完全符合2.0版蓝牙规范,包括自适应跳频和快速连接,这些对于个人计算机中的鼠标和键盘应用至关重要。集成是实现当今PC制造商的系统成本目标的关键。通过将当今鼠标和键盘中的所有组件集成到BCM2042中,可以实现较低的系统成本,从而接近不推荐用于新设计有线鼠标和键盘的价格点。 BCM2042可直接连接鼠标光学或球形编码器和键盘扫描矩阵。  功能 具有完全集成人机界面的单芯片蓝牙设备设备(HID)配置文件和完整蓝牙堆栈 板载8051处理器和RAM / ROM内存 成本优化的鼠标和键盘应用解决方案,通过集成实现最低成本所有外部组件 取代现有鼠标或键盘处理器和内存并添加蓝牙功能 应用程序 无线手机 无线耳机 无线键盘和鼠标 无线扬声器 笔记本电脑 个人电脑 数字电视 游戏设备 智能设备...
发表于 07-04 10:08 593次 阅读
BCM2042 高级无线键盘/鼠标蓝牙®解
BCM7400B 用于卫星,IP和电缆的双AVC / MPEG-2 / VC-1 / MPEG-4 Part 2 / DivX HD数字视频SoC解决方案
BCM7400B是一款双通道高清卫星,有线和IP机顶盒DVR解决方案,提供集成的AVC(H.264 / MPEG-4 Part 10), MPEG-2,MPEG4 Part 2,DivX和VC-1视频解码技术。  BCM7400B是一款数据传输处理器,包括两个高清AVC / MPEG-2 / VC -1个视频解码器,两个高级音频解码器,2D和3D图形处理,高质量视频缩放和运动自适应去隔行,七个视频DAC,双立体声高保真音频DAC,带有FPU的双线程350-MHz MIPS32-类CPU和外围控制单元,提供各种机顶盒控制功能。  功能 双高级AVC / MPEG-2 / VC-1解码器具有VC-1 Advanced Profile @ Level 3,H.264 / AVC Main和High Profile to Level 4.1 双高级音频处理器支持以下功能:AAC LC,AAC LC + SBR级别2,AAC + 2级,杜比® Digital,Dolby Digital Plus,MPEG I第1,2和3层(MP3) 64位DDR1 / DDR2 DRAM控制器和双16位像素操作DDR1 / DDR2端口,带双SATA II I /用于DVR应用的F 具有同步SD输出的高清模拟视频编码器,包括NTSC-M,NTSC-J,PAL-BDGHIN,PAL...
发表于 07-04 10:03 181次 阅读
BCM7400B 用于卫星,IP和电缆的双AVC / MPEG-2 / VC-1 / MPEG-4 Part 2 / DivX HD数字视频SoC解决方案
BCM7402 用于有线,卫星和IP机顶盒的AVC / MPEG-2 / VC-1 HD非PVR数字视频
BCM7402是一款高清卫星,有线和IP机顶盒非DVR解决方案,提供集成的AVC(H.264 / MPEG-4 Part 10),MPEG -2和VC-1视频解码技术。  Broadcom的BCM7402结合了数据传输处理器,高清AVC / MPEG-2 / VC-1视频解码器,先进的 - 音频解码器,2D图形处理,高质量视频缩放和运动自适应去隔行,六个视频DAC,立体声高保真音频DAC,MIPS32 / MIPS16e级CPU以及提供各种机顶盒控制的外围控制单元功能。 BCM7402具有Broadcom安全处理器,可提供安全的密钥生成,管理和保护。  功能 高级AVC / MPEG-2 / VC- 1个具有H.264 / AVC主要和高级到4.1级的解码器 支持AAC LC,AAC LC + SBR 2级和AAC + 2级的高级音频处理器 AES / 1DES / 3DES / CSS / CPRM / DTCP复制保护 同时具有NTSC-M,NTSC-J,PAL-BDGHIN,PAL-M和PAL-Nc模拟输出的高清模拟视频编码器 应用程序 机顶盒 HDTV  ...
发表于 07-04 10:02 182次 阅读
BCM7402 用于有线,卫星和IP机顶盒的AVC / MPEG-2 / VC-1 HD非PVR数字视频
HEDS-5645#H12 快速装配二和三通道光学编码器
HEDS-5500/5540,HEDS-5600/5640和HEDM-5500/5600是高性能,低成本,双通道和三通道光学增量编码器。这些编码器强调高可靠性,高分辨率和易于组装。 每个编码器都包含一个带透镜的LED​​光源,一个带探测器和输出电路的集成电路,以及一个在发射器和探测器IC之间旋转的码盘。 HEDS-5500/5600和HEDM-5500/5600的输出是两个正交的方波。除了两个通道正交之外,HEDS-5540和5640还具有第三通道索引输出。该指数输出为90度电高度,真正的指数脉冲,在码盘每旋转一圈时产生一次。 HEDS系列采用金属码轮,而HEDM系列采用胶片码盘,可实现分辨率到1024 CPR。 HEDM系列没有第三个通道索引。 这些编码器可以快速,轻松地安装到电机上。对于直径较大的电机,HEDM-5600和HEDS-5600/5640具有外部安装耳。 正交信号和索引脉冲通过位于0.1英寸中心的五个0.025英寸方形引脚进行访问。 / p> 目前可提供每转96到1024个计数的标准分辨率。有关其他分辨率,请咨询当地的Agilent Technologies销售代表。 功能 带有可选索引脉冲的双通道正交输出快速简便的装配无需信号调整外部安装耳可用低成本分辨率每转最多1024个计数小尺寸 -40°...
发表于 07-04 09:59 238次 阅读
HEDS-5645#H12 快速装配二和三通道光学编码器
HRPG-ASCA#11F 微型面板安装光学编码器
HRPG系列是一系列微型面板安装光学编码器,也称为旋转脉冲发生器(RPG)和数字电位器。 HRPG设计安装在前面板上,用作旋转式数据输入设备。由于提供了许多配置选项,HRPG对于众多应用程序非常灵活。这些选项包括棘爪或平滑,多端接,多种安装功能和不同的轴配置。 HRPG采用光学反射技术,为编码器提供准确性和可靠性。 LED将光束发射到镜面码盘表面。当光线照射到表面时,它会将码盘的图像投射回光电探测器,导致输出发生变化。整个检测器电路位于一个IC上,因此该部件对温度和其他环境变化不太敏感。 特性 微型尺寸平滑转动和固定选项多个安装支架选项使用光学反射技术正交数字输出用于多种安装的小尺寸 TTL兼容...
发表于 07-04 09:59 218次 阅读
HRPG-ASCA#11F 微型面板安装光学编码器
BCM84884E 四端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。
Broadcom® BCM84884E是一款四端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。  该器件可为5GBASE-T,2.5执行所有物理层功能类别Cat5e,6或6A双绞线上的GBASE-T,1000BASE-T和100BASE-TX以太网。  BCM84884E支持USXGMII,XFI,5000BASE-X,2500BASE-用于连接MAC的X和1000BASE-X(SGMII)接口。  BCM84884E是一款高度集成的解决方案,集成了数字自适应均衡器,ADC,锁相环,线路驱动器,编码器,解码器,回声消除器,串扰消除器和所有必需的支持电路。  BCM84884E采用节能以太网(EEE)协议。 EEE使BCM84884E能够与符合EEE标准的链路伙伴进行自动协商和操作,以降低链路利用率低时的整体系统功耗。 Broadcom的AutogrEEEn®模式允许传统系统享受EEE的节电优势。  BCM84884E可自动与线路另一端的任何收发器协商操作速度。  BCM84884E具有增强型电缆诊断功能,可检测常见的电缆问题,如短路,开路和电缆长度。  功能 单芯片集成的四端口以太网收发器 - ...
发表于 07-04 09:58 411次 阅读
BCM84884E 四端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。
BCM84884 Broadcom®BCM84884是一款四端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。
Broadcom® BCM84884是一款四端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。  该器件可为5GBASE-T,2.5执行所有物理层功能类别为Cat5e,6或6A双绞线的GBASE-T,1000BASE-T和100BASE-TX以太网。  BCM84884支持USXGMII,XFI,5000BASE-X,2500BASE-用于连接MAC的X和1000BASE-X(SGMII)接口。  BCM84884是一款高度集成的解决方案,集成了数字自适应均衡器,ADC,锁相环,线路驱动器,编码器,解码器,回声消除器,串扰消除器和所有必需的支持电路。  BCM84884采用节能以太网(EEE)协议。 EEE使BCM84884能够与符合EEE标准的链路伙伴进行自动协商和操作,以降低链路利用率低时的整体系统功耗。 Broadcom的AutogrEEEn®模式允许传统系统享受EEE的节电优势。  BCM84884可自动与线路另一端的任何收发器协商运行速度。  BCM84884具有增强型电缆诊断功能,可检测常见的电缆问题,如短路,开路和电缆长度。  功能 单芯片集成的四端口以太网收发器 - MAC到磁性:...
发表于 07-04 09:58 828次 阅读
BCM84884 Broadcom®BCM84884是一款四端口5GBASE-T / 2.5GBASE-T / 1000BASE-T / 100BASE-TX以太网CMOS收发器。
BCM7002 有线机顶盒数字传输适配器(DTA)SoC
Broadcom BCM7002是一款DTA片上系统解决方案,具有集成调谐器和可切换内容保护功能。 Broadcom的BCM7002有线数字传输适配器(DTA)解决方案允许有线电视运营商将模拟有线电视用户转变为全数字服务,从而扩展网络容量,以部署更多增值服务,如高清内容,视频点播(VoD)和更高速度的DOCSIS ® 3.0数据和语音服务。 功能 允许单个设备与多个内容保护系统一起使用 超过能源之星要求,提供非常低的有功和待机功率 集成的1 GHz SCTE-40 +电缆调谐器超过SCTE-40规范 集成传输处理器和MPEG- 2视频解码器,BTSC音频编码器,杜比® MPEG-two音频解码器和带模拟输出的单个NTSC视频编码器 应用程序 机顶盒...
发表于 07-04 09:52 223次 阅读
BCM7002 有线机顶盒数字传输适配器(DTA)SoC
BCM7340 具有集成MoCA 1.1的高清卫星机顶盒SoC
Broadcom的BCM7340是一款高清机顶盒系统(SoC),集成了MoCA 1.1技术,适用于家庭网络。  Broadcom的BCM7340是一款集成了MoCA 1.1技术的卫星机顶盒SoC。它集成了Broadcom BCM4505前端技术的单个调谐器/解调器,并使用支持多种视频格式和动态电源管理功能的AVC解码器。它支持多个片上电视输出接口,包括HDMI,基带复合,分量或S-Video,并使用支持NTSC,PAL和SECAM的高清视频编码器(带复制保护),同时集成标准清晰度输出-芯片。它还采用了Broadcom先进的2D / 3D图形引擎,提供真正的工作室级文本和图形,并极其高效地使用内存和带宽。 Broadcom灵活的架构还允许从500到1500 MHz的MoCA调谐与同一个同轴电缆上的卫星信号兼容。  功能 支持多个全球格式,包括DVB-S2,DVB-S和8PSK标准,向后兼容DVB-S标准 高性能且经济高效的基于DDR3的内存 3D用于高级用户界面的图形引擎 动态电源管理控制器,提供非常节能的生态系统,能够实时关闭未使用的系统组件 支持数字生活网络联盟(DLNA)互操作性指南,以便在支持DLNA的设备之间轻松共享数字内容 支持多媒体家庭平台(MHP),...
发表于 07-04 09:52 120次 阅读
BCM7340 具有集成MoCA 1.1的高清卫星机顶盒SoC