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步进电机位置定位精度的解决方法

2019年12月10日 08:56 次阅读

步进电机定位不准的原因及处理方法

步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的。虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此也经常会出现一些定位不准的故障。

步进电机定位不准一般由以下几方面原因引起:

1、 改变方向时丢脉冲,表现为往任何一个方向都准,但一改变方向就累计偏差,并且次

数越多偏得越多;

2、 初速度太高,加速度太大,引起有时丢步;

3、 在用同步带的场合软件补偿太多或太少;

4、 马达力量不够;

5、 控制器受干扰引起误动作;

6、 驱动器受干扰引起;

7、 软件缺陷;

针对以上问题分析如下:

1、一般的步进驱动器对方向和脉冲信号都有一定的要求,如:方向信号在第一个脉冲上升沿或下降沿(不同的驱动器要求不一样)到来前数微秒被确定,否则会有一个脉冲所运转的角度与实际需要的转向相反,最后故障现象表现为越走越偏,细分越小越明显,解决办法主要用软件改变发脉冲的逻辑或加延时。

2、由于步进电机特点决定初速度不能太高,尤其带的负载惯量较大情况下,建议初速度在1r/s以下,这样冲击较小,同样加速度太大对系统冲击也大,容易过冲,导致定位不

3、根据实际情况调整被偿参数值,(因为同步带弹性形变较大,所以改变方向时需加一定的补偿)。

4、适当地增大马达电流,提高驱动器电压(注意选配驱动器)选扭矩大一些的马达。

5、系统的干扰引起控制器或驱动器的误动作,我们只能想办法找出干扰源,降低其干扰能力(如屏蔽,加大间隔距离等),切断传播途径,提高自身抗干扰能力,常见措施:

①用双纹屏蔽线代替普通导线,系统中信号线与大电流或大电压变化导线分开布线,降低电磁干扰能力。

②用电源滤波器把来自电网的干扰波滤掉,在条件许可下各大用电设备的输入端加电源滤波器,降低系统内各设备之间的干扰。

③设备之间最好用光电隔离器件进行信号传送,在条件许可下,脉冲和方向信号最好用差分方式加光电隔离进行信号传送。在感性负载(如电磁继电器电磁阀)两端加阻容吸收或快速泄放电路,感性负载在开头瞬间能产生10~100倍的尖峰电压,如果工作频率在20KHZ以上。

6、软件做一些容错处理,把干扰带来影响消除。

步进电机位置定位精度的解决方法

驱动电路的改善

一、额定电压(电流)驱动:从额定电压降低电压来驱动 步进电机,发现位置定位精度变差。

步进电机位置定位精度的解决方法

例如:在空载时,用编码器作为负载,在额定电压(电流)时的精度与低于额定电压(电流)比较,精度变化较大。如上图所示,齿槽转矩使特性畸变的程度依据所加电压而不同,电压越低,齿槽转矩影响越明显。作者经验认为角度精度太差是很麻烦的,会引起测量电压(电流)不准。大家会注意到,转矩与电压有一定关系,而此关系如不同,会使空载时的角度精度变得很差或成为盲点。

二、2相激磁驱动:1相激磁驱动定子齿与转子齿作位置定位。相对2相激磁,由定子的2个相绕组激磁,转子齿磁场与定子磁场平衡,作位置定位。因1相激磁驱动时,其误差精度为各定子相的本身机械精度,而2相激磁误差,由多极位置决定,误差有所缓解,精度变好。特别是纵列型的两相PM型步进电机,1相激磁与2相激磁比较,1相激磁精度会差一些。

三、多步进位置定位:两相步进电机时以2或4步进位置定位驱动;三相步进电机3或6步进位置定位驱动。《步进电机步距角度精度的测量》一文中提到的是两相HB型步进电机的例子,如每4步进位置定位,精度大幅提高。

例如,每1.8°位置定位时,1.8°并非使用全步进,而是使用0.9°的步进电机,以2步进驱动1.8°位置定位,全步进选择0.6°的步进电机,3步进驱动有0.6°×3=1.8°的驱动方式。此种方式可以大大提高精度。

电机的改善

微调定子结构的改善:已知定子的微调结构能改善位置定位精度。以两相电机为例,微调结构,可以降低齿槽转矩,距角特性变为正弦波。三相HB型1.2°的步进电机,六主极无微调,与12主极有微调的全步进驱动时的位置精度比较如下图所示:

步进电机位置定位精度的解决方法

1/8细分驱动时的位置定位精度比较如下图所示:

步进电机位置定位精度的解决方法

三相12主极微调结构步进电机全步进时,位置定位精度可以改善±2%以内。在细分时,微调结构精度提高近50%。细分步距角精度比全步距角运行的精度大。步距采用8分割时,步距角为1.2°/8=0.15°,以此作为控制计算基准,其精度值当然比全步距角时要高。

三相HB型高分辨率电机的改善:三相HB型步进电机有2相1.8°的1/3,即0.6°的髙分辨率电机,由于驱动芯片可以在市场上买到,所以可以很容易地实现高精度位置定位。

RM型细分时的改善:以HB型步进电机细分的角度,用于位置定位时,其精度会有问题。RM型10细分位置定位时,计算出的位置是线性变化的,微步进细分时的角度精度比较。

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