为什么要使用闭环步进电机伺服驱动器?


步进电机基本上是开环装置。驱动器发送的每个电流脉冲等于电机的一步(或微步步的小部分),因此不需要反馈。在小的步长(或步长角度)下,可以非常精确地确定电机的位置,而无反馈设备和复杂的控制方案。

如果步进电机的位置可以通过开环系统来决定,为什么闭环步进电机的闭环控制的成本和复杂性会增加呢?

一体化闭环步进电机


因为只有在电机永不失步的情况下,才可以准确了解电机的位置。在现实世界中,有多种情况可能导致电机失步或错失步幅,例如,机器卡纸阻止了电机轴的旋转。

为了应对这些可能性,步进电机通常尺寸过大,以应对扭矩过大、堵转或其他异常情况,否则可能会导致电机丢步,电机丢步对应用程序有很大损害,一种解决方案是在具有位置反馈的闭环系统中操作步进电机,以检测并纠正定位错误。
 

步进电机通常有三种类型的闭环控制,每种类型提供不同级别的定位控制和复杂性。
 
一、失步补偿:移动结束时进行无功位置校正

闭环步进系统最常见的类型是基于步进损耗补偿,也称为步进损耗控制或步进位置保持。在这种设置下,驱动器以微步进模式运行,编码器跟踪轴(或负载)的位置。如果检测到失步,则根据指令位置(步数乘以步角)相对于编码器读取的实际位置,控制器将命令附加步,以使电机(或负载)达到所需位置。
 
失步补偿是步进电机最简单的闭环方案,如上所述,它是最广泛采用的方法,但是它的主要缺点是,它仅补偿运动结束时遗失的步,而不是在整个运动过程中连续补偿。
 
二、负载位置控制:连续,实时的位置校正,无需复杂的控制

负载位置控制,也称为闭环微步进,连续监视轴(或负载)位置并生成错误信号。在整个移动过程中,控制器使用此错误信号实时调整命令。
 
通过负载位置控制,该系统仍可在微步进模式下作为步进系统运行,但可以更精确地遵循运动曲线,而不是在运动过程中允许电机偏离方向,并在运动结束时发出单个位置补偿命令。
 
三、伺服控制:完全控制扭矩和位置

最先进的闭环步进控制方法是将电机作为两相无刷(BLDC)电机运行。(请注意,许多步进电机的两个相位偏移90°,而无刷直流电机的三相偏移120°。)此方法称为伺服步进或闭环步进控制。
 
使用步进电机的伺服控制,而不是驱动器向电机提供全电流以产生运动,编码器的反馈会检测到轴的位置,然后控制环(通常为PID环)确定轴跟随所需的确切扭矩移动配置文件。换句话说,电机是通过转矩指令而不是电流脉冲来驱动的。

STM一体化闭环步进电机采用驱动+编码+电机+少量电缆的集成设计,使得驱动和电机适配更完美,省去了驱动器与电机之间匹配过程,能快速部署,无需臃肿的控制柜设计,降低了使用成本。

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发布日期:2022-08-26 浏览次数:96