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步进电机的控制原理

文章出处:汉德保(HDB)电机 人气:569发表时间:2020-11-13
步进电机是一种机电- -体化产 品,步进电机本体与其驱动控制器构成一- 个不可分割的有机整体,步进电机的运行性能很大程度上取决于所使用的驱动控制器的类型和参数。
由于步进电机能直接接收数字量信号,所以被广泛应用于数字控制系统中。步进电机简单的控制电路可以通过各种逻辑电路来实现,如由门电路和触发器等组成脉冲分配器,这种控制方法采用硬件的方式。而且-一旦确定,很难改变控制方案。要改变系统的控制功能一般都要重新设计硬件电路,灵活性较差。以微型计算机为核心的计算机控制系统为步进电机的控制开辟了新的途径,利用计算机的App或软、硬件相结合的方法,大大增强了系统的功能,同时也提高了系统的灵活性和可靠性。
步进电机的控制原理
以步进电机作为实行元件的数字控制系统,有开环和闭环两种形式。

步进电机系统的主要特点是能实现精确位移、精确定位,且无积累误差。这是因为步送电机的运动受输人脉冲控制,其位移量是断续的,总的位移量严格等于输人的指令脉冲数马其平均转速严格正比于输人指令脉冲的频率;若能准确控制输人指令脉冲的数量或频率,能够完成精确的位置或速度控制,不需系统的反馈,形成开环控制系统。
步进电机的开环控制系统,由控制器(包括变频信号源)、脉冲分配器(环形分配器驱动电路(功率放大器)及步进电机等部分组成。
脉冲发生器产生频率从几赫兹到几十千赫兹连续变化的脉冲信号,脉冲分配器根据指把脉冲按一定的逻辑关系加到各相绕组的功率放大器上,使步进电机按一定的方式运行,实现正、反转控制和定位。由于脉冲分配器输出的电流只有几毫安,所以必须进行功率放大,由功率放大器来驱动步进电机。
开环控制系统的精度,主要取决于步距角的精度和负载状况。由于开环控制系统不需要反馈元件,结构比较简单、工作可靠、成本低,因而在数字控制系统中得到广泛的应用。(2)闭环控制系统
在开环控制系统中,电机响应控制指令后的实际运行情况,控制系统是无法预测和监视的。在某些运行速度范围宽、负载大小变化频繁的场合,步进电机很容易失步,使整个系统趋于失控。另外,对于高精度的控制系统,采用开环控制往往满足不了精度的要求。因此,必须在控制回路中增加反馈环节,构成闭环控制系统。与开环系统相比多了一个由位置传感器组成的反馈环节。将位置传感器测出的负载实际位置与位置指令值相比较,用比较误差信号进行控制,不仅可防止失步,还能够消除位置误差,提高系统的精度。
闭环控制系统的精度与步进电机有关,但主要是取决于位置传感器的精度。在数字位置随动系统中,为了提高系统的工作速度和稳定性,还有速度反馈内环。
理论上说,闭环控制比开环控制可靠,但是,步进电机的闭环控制系统价格较高,还容易引起持续的机械振荡。如果要获得优良的动态性能,可以选用其他直流或交流伺服系统。图1-37所示为步进电机微机控制系统。在基于微型计算机的步进电机驱动控制系统中,脉冲发生和脉冲分配功能可由微型计算机配合相应的App来实现,电机的转向、转速也都通过微型计算机控制。采用计算机控制不仅可以用很低的成本实现复杂的控制过程,而且计算机控制系统具有很高的灵活性,便于控制功能的升级和扩充。

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