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步进电机失步的解决方案_驱动器的细分_运行拍数_步距角计算

作者:刘小嬗   来源:本站原创   点击数:  更新时间:2013年11月27日   【字体:


步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。

 

2. 步进电机失步和越步问题及解决方法  
步进电机中产生的同步力矩无法使转子速度跟随定子磁场的旋转速度,从而引起失步。失步产生的主要原因及解决方法:   ①步进电机的转矩不足,拖动能力不够,当驱动脉冲频率达到某临界值开始失步。由于步进电机的动态输出转矩随着连续运行频率的上升而降低,因而凡是比该频率高的工作频率都将产生失步。   有3种解决方法:可使步进电机产生的电磁转矩增大,为此可在额定电流范围内适当加大驱动电流;在高频范围转矩不足时,适当提高驱动电路的驱动电压;改用转矩大的步进电动机等,也可使步进电机需要克服的转矩减小,为此可适当降低电机运行频率,以便提高电机的输出转矩。   ②步进电机起动失步。由于步进电机自身及所带负载存在惯性,当加速时间过短时会出现这一现象。应该设置合理的加速时间,使电机从低速度平稳上升到某个速度。   ③ 步进电机产生共振也是引起失步的一个原因。步进电机处于连续运行状态时,如果控制脉冲的频率等于步进电机的固有频率,将产生共振。在一个控制脉冲周期内,振动尚未得到充分衰减,下一个脉冲就已来到,因而在共振频率附近动态误差最大并导致步进电机失步。解决方法:减小步进电机的驱动电流;采用细分驱动方法和阻尼方法。   转子在步进过程中获得过多的能量时,转子的平均速度会高于定子磁场的平均旋转速度,使得步进电动机产生的输出转矩增大,从而使步进电机产生越步。   当步进电机存在越步时,可减小步进电动机的驱动电流,以便降低步进电机的输出转矩或使减速时间加长。
  3试验结果   设计时应该保证芯片逻辑电压低于驱动电压,否则芯片不能正常工作;在选取NFA、NFB检流电阻时应选功率不小于2 W的无感电阻;对电机驱动电源及驱动输出连线和地的印制板布线,应保证能稳定通过3 A电流;电源入口加熔断器保护驱动电路,以免电机的电流过大烧毁电路板。设计的驱动器应用于雕刻机X、Y、Z三轴步进电机的驱动,经过试验,雕刻的样品如图4所示。从最终结果看,精度满足目标要求。

什么是驱动器的细分?什么是运行拍数?步距角如何计算?

要了解“细分”,先要弄清“步距角”这个概念:它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关,参见下表(以86BYG250A电机为例):
电机固有步距角 运行拍数 细分数 电机运行时的真正步距角
0.9°/1.8°   8   驱动器工作在2细分即半步状态   0.9°
0.9°/1.8°   20  细分驱动器工作在5细分状态     0.36°
0.9°/1.8°   40  细分驱动器工作在10细分状态    0.18°
0.9°/1.8°   80  细分驱动器工作在20细分状态    0.09°
0.9°/1.8°   160 细分驱动器工作在40细分状态    0.045°

简单地讲,细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步)的几分指一。从上表可以看出:驱动器工作在10细分状态时,其步距角只为‘电机固有步距角’的十分之一,也就是说:当驱动器工作在不细分的整步状态时,控制系统每发一个步进脉冲,电机转动1.8°;而用细分驱动器工作在10细分状态时,电机只转动了0.18° ,这就是细分的基本概念。

更为准确地描述驱动器细分特性的是运行拍数,运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。86BYG250A电机有50个齿,如果运行拍数设置为160,那么步进电机旋转一圈总共需要50×160=8000步;对应步距角为360°÷8000=0.045°。请注意,如果运行拍数设为30,按上表对应关系细分数为7.5,不是一个整数。

细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的,与电机无关。

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