步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，基于基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，其動(dòng)作原理是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其原始模型是起源于1830年至1860年間。1870年前后開始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氫弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中。這被認(rèn)為是當(dāng)初的步進(jìn)電機(jī)。二十世紀(jì)初，在電話自動(dòng)交換機(jī)中廣泛使用了步進(jìn)電機(jī)。更安靜的環(huán)境、更可靠的性能，這會(huì)是打造智能家居無疑是一大福音。由于西方資本的主義列強(qiáng)爭奪殖民地，步進(jìn)電機(jī)在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀(jì)五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對于數(shù)字化的控制變得更為容易。到了八十年代后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的控制方式更加靈活多樣。

詳解導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)定位不準(zhǔn)的原因

強(qiáng)行使電機(jī)以要求的速度(大于極限起動(dòng)預(yù)率)直接起動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生“丟步’或無響應(yīng)。而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行至終點(diǎn)時(shí)，雖然已經(jīng)立即停止發(fā)脈沖，令其停止，但由于慣性作用，會(huì)發(fā)生沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象，即產(chǎn)生過沖。    

由于慣性作用產(chǎn)生過沖現(xiàn)象并出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)定位不準(zhǔn)確的主要原因有以下幾點(diǎn)：     

（1）要求步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)之初速度過高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過步進(jìn)電機(jī)的極限起動(dòng)頻率，或者說是加速度太大，從而造成“丟布”情況；     

（2）步機(jī)電機(jī)馬達(dá)的功率達(dá)不到系統(tǒng)的要求；     

（3）步進(jìn)電機(jī)在工作過程中或許遭受到干擾導(dǎo)致電機(jī)定位不準(zhǔn)；     

（4）控制系統(tǒng)的控制器產(chǎn)生失誤動(dòng)作；     

（5）換向時(shí)丟脈沖，單向運(yùn)行定位準(zhǔn)確，換向后定位出現(xiàn)偏差，并隨著換向次數(shù)的增加導(dǎo)致其偏差值就越明顯；     

（6）軟件存在設(shè)計(jì)缺陷；     

由于開環(huán)控制系統(tǒng)具有操作方便，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，所以我國所采用基本是以開環(huán)控制反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為主。雖然步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用廣泛，但其并不能如同普通的交(直)流電機(jī)在常規(guī)條件下使用，且從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)行速度在理論狀況下，在電機(jī)的極限起動(dòng)頻率大于運(yùn)行的速度時(shí)，電機(jī)可按要求運(yùn)行，并可達(dá)到預(yù)期的運(yùn)行速度。運(yùn)行至行程結(jié)束時(shí)，也能立即發(fā)出可以實(shí)現(xiàn)停止功能的脈沖，并使電機(jī)停止運(yùn)行。但實(shí)際情況是，步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)的極限起動(dòng)預(yù)率較低，遠(yuǎn)不能滿足較高的運(yùn)行速度的要求。（5）換向時(shí)丟脈沖，單向運(yùn)行定位準(zhǔn)確，換向后定位出現(xiàn)偏差，并隨著換向次數(shù)的增加導(dǎo)致其偏差值就越明顯。在這種工作狀況下，強(qiáng)行使電機(jī)以要求的速度(大于極限起動(dòng)預(yù)率)直接起動(dòng)，則會(huì)發(fā)生“丟步”或無響應(yīng)。而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行至終點(diǎn)時(shí)，雖然已經(jīng)立即停止發(fā)脈沖，令其停止，但由于慣性作用，會(huì)發(fā)生沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象，即產(chǎn)生過沖。      

需要我們特別注意的問題是，為了要保證系統(tǒng)的定位精準(zhǔn)度并獲得較高的定位速度，主流系統(tǒng)都將定位過程劃分為兩種階段進(jìn)行。分別為：粗定位階段及精定位階段。文獻(xiàn)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)的PID控制系統(tǒng),采用PID控制算法得到控制量,從而控制電機(jī)向規(guī)定位置運(yùn)動(dòng)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，“丟步”和“過沖”是步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行中很常出現(xiàn)的兩種嚴(yán)重影響步進(jìn)電機(jī)定位精度的“罪魁禍?zhǔn)住薄?

步進(jìn)電機(jī)可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)嗎?

長時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)致使電機(jī)溫度上升，當(dāng)超過電機(jī)內(nèi)部的耐熱等級，會(huì)使得絕緣性能劣化。當(dāng)使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)只要保持電機(jī)外殼表面溫度在100度以下，即可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。您可通過以下方法輕松降低步進(jìn)電機(jī)的溫度。

抑制溫度上升的方法：

選用轉(zhuǎn)矩較為充裕的電機(jī)并降低運(yùn)行電流

通過降低運(yùn)行電流可有效抑制發(fā)熱，但相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)降低，需要在選型時(shí)對轉(zhuǎn)矩預(yù)留一定的余量。

選用高的效率型步進(jìn)電機(jī)

高的效率型步進(jìn)電機(jī)通過材質(zhì)的較佳化，大幅降低損耗，發(fā)熱也得以減少。可以幫助工廠實(shí)現(xiàn)空間節(jié)省以及提升裝置的自由度。

步進(jìn)電機(jī)加減速必須采用加減速控制方法。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，要逐步提高脈沖頻率，減速時(shí)要逐步降低脈沖頻率。

步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸入脈沖信號的變化而變化。步進(jìn)電機(jī)只需發(fā)出脈沖信號，那么它就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，如果脈沖信號變化過快，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)因內(nèi)部反向電動(dòng)勢的阻尼而使轉(zhuǎn)子和定子之間的磁反應(yīng)跟不上電信號的變化，從而造成堵轉(zhuǎn)和丟步。

所以步進(jìn)電機(jī)在高速起動(dòng)時(shí)，必須采用脈沖頻率升速的方法，在起動(dòng)過程中還必須有降速過程，以保證步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位控制。加快與減速的原則相同。為了解決步進(jìn)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)這一問題，應(yīng)采用加減速控制方法。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，要逐步提高脈沖頻率，減速時(shí)要逐步降低脈沖頻率。利用這些控制電路，能夠有效改進(jìn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性，在使得這種電機(jī)有更加廣泛的應(yīng)用范圍的同時(shí)，也在電機(jī)的加減速方面做了有效的改善，使得現(xiàn)在的電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候雖然依然分三個(gè)階段，但是減速過程已經(jīng)縮得很短，勻速過程則被有效延長。我們常說的“加減速”法就是這樣。