Trinamic全閉環(huán)步進(jìn)驅(qū)控方案

大家都很熟悉了傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制方式。如果在電機(jī)控制中采用反饋裝置或者無傳感器控制方式，將可以為那些對安全性、可靠性和精度有較高要求的運(yùn)動控制應(yīng)用提供更經(jīng)濟(jì)的選擇。

大部分基于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動系統(tǒng)運(yùn)行在開環(huán)狀態(tài)下，因此能夠提供低成本的解決方案。實(shí)際上，步進(jìn)系統(tǒng)是唯一的一個不需反饋就具備位置控制能力的運(yùn)動技術(shù)。但是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)以開環(huán)方式驅(qū)動負(fù)載時(shí)，在指令步和實(shí)際步之間存在失去同步的潛在可能性。閉環(huán)控制作為傳統(tǒng)步進(jìn)運(yùn)動控制的補(bǔ)充，為有更高安全性、可靠性或產(chǎn)品質(zhì)量要求的應(yīng)用提供了高性價(jià)比的選擇。反饋裝置或某種間接參數(shù)檢測方式在這類步進(jìn)系統(tǒng)中“閉合了回路”，以校驗(yàn)/控制失步、檢測電機(jī)堵轉(zhuǎn)，并保證了更大的有效力矩輸出。最近，步進(jìn)閉環(huán)控制（CLC）在實(shí)現(xiàn)智能分布式運(yùn)動體系結(jié)構(gòu)方面也發(fā)揮了作用。本文稱之帶編碼器步進(jìn)電機(jī)為步進(jìn)伺服電機(jī)。

我們知道伺服電機(jī)也是帶編碼器并依靠編碼器工作。但是增加編碼器的步進(jìn)伺服會兼有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩者優(yōu)點(diǎn)。

相比伺服電機(jī)，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)

一；可頻繁的起動/停止

步進(jìn)伺服最適用于需要頻繁起動/停止的用途

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二；免增益調(diào)整

即使是在皮帶機(jī)構(gòu)、凸輪、鏈條驅(qū)動等負(fù)載發(fā)生變動的情況下，也可不用通過增益調(diào)節(jié)，便實(shí)現(xiàn)定位。而伺服電機(jī)中伺服系統(tǒng)的增益對電機(jī)性能有很大影響，而且調(diào)節(jié)伺服增益是很費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的事情。

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三；穩(wěn)態(tài)靜止，無抖動

伺服電機(jī)在停止時(shí)候由于依靠編碼器定位需要增益調(diào)節(jié)因此無法做到絕對靜止。而步進(jìn)伺服電機(jī)定位時(shí)無微小振動而通過電機(jī)自身保持力停止因此最適合用于需無振動停止的低剛性機(jī)構(gòu)用途，典型應(yīng)用如光學(xué)領(lǐng)域。

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四；可實(shí)現(xiàn)大慣性負(fù)載的驅(qū)動

比起同等安裝尺寸的伺服電機(jī)，步進(jìn)伺服可驅(qū)動更大慣性的負(fù)載。

五；高速

得益于連續(xù)穩(wěn)定可靠的電流控制技術(shù)，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)可運(yùn)行到3000-4000RPM不丟步。

六；高響應(yīng)

與開環(huán)步進(jìn)電機(jī)一樣，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)與控制指令同步運(yùn)行，因此能夠在短行程、短時(shí)間完成精確定位。而通常伺服電機(jī)由于在停止時(shí)有位置整定時(shí)間不適應(yīng)短行程定位場合。

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七；大力矩

與傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)相比，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)可以在非常寬的速度范圍內(nèi)輸出很大的力矩，驅(qū)動可以做到100%的負(fù)載連續(xù)運(yùn)行。無需擔(dān)心電機(jī)驅(qū)動負(fù)載的能力，這與傳統(tǒng)的微步（細(xì)分）驅(qū)動完全不同。步進(jìn)伺服可以根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速采用獨(dú)特電流控制技術(shù)做到高速范圍內(nèi)依舊可以輸出大力矩。配合Trinamic的CoolStep和Dcstep驅(qū)動器的輸出電流會隨著外部負(fù)載閉環(huán)動態(tài)增加或減少。

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八；低速無振動，靜音

由于驅(qū)動器采用了矢量控制技術(shù)，加之Trinamic特有的StealthChop和SpreadCycle專利技術(shù)可以保證電機(jī)低速時(shí)候無振動，靜音效果。

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九；減少電機(jī)發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)高效率

閉環(huán)步進(jìn)加之Trinamic特有的CoolStep技術(shù)（電流隨負(fù)載動態(tài)調(diào)節(jié)），因此能減少電機(jī)發(fā)熱，降低電機(jī)運(yùn)行溫度，提高效率、節(jié)能。

傳統(tǒng)閉環(huán)步進(jìn)解決方法如下

傳統(tǒng)的閉環(huán)方式是控制器、驅(qū)動器、電機(jī)分體式，控制器發(fā)出脈沖/方向控制驅(qū)動器，步進(jìn)電機(jī)將編碼器信號反饋到驅(qū)動器。缺點(diǎn)是：接線繁瑣、售后服務(wù)不便、脈沖/方向控制信號容易受到強(qiáng)磁場干擾導(dǎo)致定位不準(zhǔn)、編碼器信號只反饋到驅(qū)動器屬于半閉環(huán)，無法檢測控制部分的脈沖丟失。

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Trinamic采用的是全位置閉環(huán)控制模式，模塊集成了總線接口、運(yùn)動控制功能、輸入輸出、電機(jī)驅(qū)動和程序存儲。編碼器的信號反饋到模塊里面模塊內(nèi)部完成閉環(huán)控制。

優(yōu)勢：布線簡單、全位置閉環(huán)控制精確、售后維護(hù)方便。

單軸閉環(huán)驅(qū)控模塊

3軸閉環(huán)驅(qū)控模塊

審核編輯：湯梓紅