步进电机细分数对运动平台性能的影响

 

谱思步进电机细分驱动电路不但可以提高工作平台的运动平稳性,而且可以有效地提高工作平台的定位精度。试验表明:步进电机 4 细分时,电机每步都可以准确定位。
目前自动化设备上的运动平台大量采用同步带传动机构,并由步进电机控制其运动的速度和位置。为了使广大用户能正确地使用步进电机,我们对步进电机细分倍数与平台运动的平稳性、定位精度的关系进行了分析和试验,得出了一些有价值的结论。

1. 步进电机细分原理[1]
图 1 为两相步进电机的工作原理示意图,它有 2 个绕组 A 和B


 

当一个绕组通电后,其定子磁极产生磁场,将转子吸合到此磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下,通电方向顺序按照:

AA ® BB ®A A ® B B

这四个状态周而复始进行变化,电机可顺时针转动;控制脉冲每作用一次,通电方向就变化一次,使电机转动一步,即 90 度。4 个脉冲,电机转动一圈。

细分驱动器的原理是通过改变 A,B 相电流的大小,以改变合成磁场的夹角,从而可将一个步距角细分为多步。当 A、B 相绕组同时通电时,转子将停在 A、B 相磁极中间, 如图 1.b,d 所示。若通电方向顺序按照:

AA ®AA + BB® BB® BB + A A ®A A ®A A + B B ® B B ®B B + AA

这 8 个状态周而复始进行变化,电机顺时针转动;电机每转动一步,为 45 度,8 个脉冲电机转一周。与通电顺序(1)相比,它的步距角小了一半。
为了保证电机输出的力矩均匀,A、B 相线圈电流的大小也要调整,使 A、B 相产生的合力在每个位置相同。图 2 所示为电机四细分时,A、B 相线圈电流的比例。A、B 相线圈电流大小与转角关系如图 3 所示。




图 2 4 细分时电机 A、B 线圈电流在不同角度的分配比例

从图 3 中可以看出,步进电机的相电流是按正弦函数(如虚线所示)分布的;细分数越大,相电流越接近正弦曲线。

2. 步进电机细分与电机运动平稳性的关系
图 4、5 和 6 分别为两相步进电机 2 细分、8 细分和 64 细分的实测相电流波形。被测步进电机步距角为 1.8 度,即无细分时每转 200 步。试验时,将步进电机转速都设为2 r/s;电机 2 细分时,电机每转 400 步,每步周期为 1.25ms;电机 8 细分时,电机每
转 1600 步,每步周期为 0.3125ms;电机 64 细分时,电机每转 12800 步,每步周期为





从图 4、5、6 中可看出,步进电机 2 细分时,电流波形台阶均匀,且电流脉动值很大,其最大值是最大电流的 70.7%;步进电机 8 细分时,电流波形台阶明显,但电流脉动值较小,其最大值是最大电流的 19.5%;步进电机 64 细分时,电流波形较平滑,电流波形已很难分辨分别出台阶的个数,最大电流脉动值仅为最大电流的 2.45%。
由电磁感应定理知,步进电机输出力矩和电机线圈的电流成正比,及:
T = KT × i式中KT 为电机力矩常数,它与电机结构、材料、线圈长度等因素有关。
由此公式就很容易理解:步进电机细分数越高,电机运转越平稳;步进电机细分数越小,电机运转时振动越大。因为细分数高时,电流曲线光滑,所以电机输出力矩也就波动小连续、电机运行就平稳;电机细分数小,电机电流脉动就大,其输出力矩脉动就大,因而造成电机较大的振动,该振动并产生噪音乃至其它部件的谐振噪音。
3. 步进电机细分倍数与定位精度的关系
为了定量分析步进电机细分数与运动平台定位精度之间的关系,我们在一个同步带传动的运动平台上,进行了多组试验。

该运动平台由谱思57-76CAN总线一体化步进电机驱动,同步带轮主动轮周长 100mm;工作台配有分辨率为 0.001mm 的光栅尺,作为位置检测装置。通过谱思运动控制卡控制工作台运动,由谱思计数卡采集光栅尺位置信号,作为分析运动平台定位精度的数据。

 

 

在线客服
热线电话

023-63207381

18996196754


淘宝商铺