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步進電機驅動控制方式說明
時間:2020/11/27
 

步進電機的驅動方式有整步 半步 細分驅動

    步進電機的驅動方式有整步,半步,細分驅動。三種控制方式既有區別又有聯系,目前大部分步進電機驅動器都

有細分驅動功能。

兩相步進電機的內部示意圖:

通過上電機內部結構示意圖,可以得出。為確保步進電機的轉子連續、平穩地轉動,定子必須產生并提供一個連續、

平均的磁場環境,并且通過結構分析也可以得出,電機轉子始終跟隨電機定子合成的磁場方向變化而運轉。因此若

電機定子合成的磁場變化太快,電機轉子跟隨不上變化而運轉,那么步進電機就出現弊端,就是目前大家熟知的步

進電機失步現象。

因此我們在調試和控制驅動電機的時候,需要結合電機的特性和外圍結構做好測試協調,確保電機運行在**優狀態

,這樣整個系統結構控制精度和穩定性才能得到保證。

  上部分我們大致介紹了電機轉子是跟隨電機定子磁場切換變化而轉動的,而且電機定子磁場的強度和方向是由

定子合成電流決定,且屬于成正比關系。當三相定子繞組輪流接通驅動脈沖時,產生磁場吸引轉子轉動。因此我們

只要控制電機的定子電流,就可以達到驅動控制電機的運作狀態。

 目前步進電機常規的驅動方式有整步、半步、和細分3種方式,在此我們們做個簡單的介紹:

1、整步驅動方式:(2相2拍方式的步距)對于整步驅動方式,電機是走一個整步,如對于一個步進角是3.6°的步進

電機,整步驅動是每走一步是走3.6°。

上圖是整步驅動方式中,電機定子的電流次序示意圖:

由此可知,整步驅動的方式是每一時刻只有一個相通電,所以這種驅動方式的驅動電路相對比較的簡單,控制驅動

的程序代碼也是相對容易實現的,電機整步驅動相序如下(忽略圖中沒有參與的C,我懶得再重新畫圖):

  B B’→A’A→B’B→A A’→B B’

  整步驅動步進電機,低速時電機會抖動,噪聲會比較大。但是,這種驅動方式無論在硬件或軟件上控制都相對

簡單,從而驅動器制造成本容易得到控制。

  2、半步驅動方式(2相4拍方式的步距)

  對于半步驅動方式,電機是走一個半步,如對于一個步進角是3.6°的步進電機,半步驅動是每走一步,是走1.8°(3.6°/2)。

由上圖可見,步進電機半步驅動方式的比整步驅動方式相對要復雜一些,因為在同一時刻會有兩個相都需要被通電。

這個時候若要求輸出電機轉動的力矩平穩,則需要在給兩相同時通電時的電流進行控制,一般控制的通電電流應該

為單相通電電流的sin(45°),即√2/2。要是嫌棄麻煩,要求也不高,其實也是可以直接輸出和單相通電流相等的電流。

這樣直接輸出的現象是,可以感覺到電機轉動的過程中輸出的力矩不恒定,但它帶來的好處是驅動電路以及驅動軟件

在編寫的時候的工作量簡化。

以下是半步驅動方式的驅動相序描述(借用3相圖紙,懶得再畫):

BB’→BB’ A’A→A’A→B’B A’A→ B’B→B’B AA’→AA’→ AA’ BB’

如果需要反轉,只需按以上相序的逆向進行通電即可。

   控制方式按以上相序對電機通電時候,產生的電流矢量則可以把一個圓分割成8份,

  因此半步驅動使電機的步進分辨率提高了一倍,而且電機運轉也更為平穩很多。

 

通過上述半步的介紹,可以明顯得出半步驅動方式較比上一個整步控制方式有了重要的改觀,就是在電機不變的前

提下,提高了輸出控制精度。因此是在沒有更改電機的情況下,電機的步進角分辨率提高了一倍,且電機運行相對

平穩安靜很多。

  3、細分驅動方式

從文字概念上認知,就是把一步角度細分為多步,電機轉子走一步的角度將會隨著細分數的增加而減小,那么電機

轉動起來也就越來越平穩、安靜。其實從某種角度理解,整步和半步驅動控制也是細分驅動的一中類型。它們的關

系好比是圓和橢圓,正方形和長方形的這個相似性。

  細分有電流和電壓兩種體現,電流細分是細分驅動的其中方法,恒流的實現常用斬波驅動,給定的電流是以正

弦波分布。電壓細分是細分的另一種方法,通常以正弦波的電壓驅動電機的線圈,可以不需要反饋地實現電機的細

分驅動,但是由于電機的反電勢等的作用,正弦波電壓驅動并不能產生正弦波的電流,因此效果沒有電流細分好,

但是它的驅動電路相對簡單。

  目前細分方式也可以提高電機的步進角分辨率,但是很多場合并不是細分驅動的使用初衷。他們更多原因是為

了減緩步進電機運轉過程的震動和噪聲,讓電機的力矩輸出更加的平穩!

我們先淺淺的了解了下步進電機的3種常規驅動方式,**終還是在實際的項目使用中,選擇適合我們項目需求的一種,

望大家在開發過程一切順利。

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