閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的9大優(yōu)勢(shì)

在工業(yè)自動(dòng)化中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用非常的廣泛，例如工業(yè)機(jī)器人、3D打印機(jī)、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)等都有步進(jìn)電機(jī)的身影。傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)可以控制轉(zhuǎn)子的角度位置，而不需要傳感器來(lái)控制位置，是一種開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，在這樣的控制方式下，步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的輸入并不依賴(lài)于轉(zhuǎn)子的位置，反而是按一固定的規(guī)律發(fā)出其控制脈沖，步進(jìn)電機(jī)僅依靠這一系列既定的脈沖而工作。大部分基于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行在開(kāi)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(gè)不需反饋就具備位置控制能力的運(yùn)動(dòng)技術(shù)，但是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)以開(kāi)環(huán)方式驅(qū)動(dòng)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)控制指被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對(duì)輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制則是采用位置反饋或速度反饋來(lái)確定與轉(zhuǎn)子位置相適應(yīng)的相位轉(zhuǎn)換，閉合了回路以校驗(yàn)/控制失步、檢測(cè)電機(jī)堵轉(zhuǎn)，并保證了更大的有效力矩輸出，為用戶提供出色的精度和效率，既能達(dá)到伺服電機(jī)的性能，又具有步進(jìn)電機(jī)的低價(jià)優(yōu)勢(shì)，可以為那些對(duì)安全性、可靠性和精度有較高要求的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用提供更經(jīng)濟(jì)的選擇。

閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的9大優(yōu)勢(shì)

眾所周知伺服電機(jī)是帶編碼器并依靠編碼器工作，而帶編碼器的閉環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)(步進(jìn)伺服電機(jī))兼有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩者優(yōu)點(diǎn)。

01 可頻繁的起動(dòng)/停止

閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)適用于需要頻繁起動(dòng)/停止的用途。

02 免增益調(diào)整

即使是在皮帶機(jī)構(gòu)、凸輪、鏈條驅(qū)動(dòng)等負(fù)載發(fā)生變動(dòng)的情況下，也可不用通過(guò)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(duì)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。

03 穩(wěn)態(tài)靜止，無(wú)抖動(dòng)

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(wú)法做到絕對(duì)靜止，而步進(jìn)伺服電機(jī)定位時(shí)無(wú)微小振動(dòng)，通過(guò)電機(jī)自身保持力停止，因此最適合用于需無(wú)振動(dòng)停止的低剛性機(jī)構(gòu)用途，典型應(yīng)用如光學(xué)領(lǐng)域等。

04 可實(shí)現(xiàn)大慣性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)

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

05 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。

06 高響應(yīng)

與開(kāi)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(chǎng)合。

07 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(dòng)可以做到100%的負(fù)載連續(xù)運(yùn)行。無(wú)需擔(dān)心電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，這與傳統(tǒng)的微步(細(xì)分)驅(qū)動(dòng)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ADI Trinamic的CoolStep和Dcstep驅(qū)動(dòng)器的輸出電流會(huì)隨著外部負(fù)載閉環(huán)動(dòng)態(tài)增加或減少。

08 低速無(wú)振動(dòng)，靜音

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

09 閉環(huán)電機(jī)發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)高效率

閉環(huán)步進(jìn)與ADI Trinamic特有的Coolstep技術(shù)(電流隨負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié))結(jié)合，能減少電機(jī)發(fā)熱，降低電機(jī)運(yùn)行溫度，提高效率的同時(shí)進(jìn)一步節(jié)能。

步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)解決方案推薦

傳統(tǒng)的閉環(huán)方式是控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)分體式，控制器發(fā)出脈沖/方向控制驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)將編碼器信號(hào)反饋到驅(qū)動(dòng)器，有接線繁瑣、售后服務(wù)不便、脈沖/方向控制信號(hào)容易受到強(qiáng)磁場(chǎng)干擾導(dǎo)致定位不準(zhǔn)等諸多缺點(diǎn)，同時(shí)由于編碼器信號(hào)只反饋到驅(qū)動(dòng)器屬于半閉環(huán)，無(wú)法檢測(cè)控制部分的脈沖丟失。

傳統(tǒng)半閉環(huán)步進(jìn)方案

ADI Trinamic采用的位置全閉環(huán)控制模式，模塊集成了總線接口、運(yùn)動(dòng)控制功能、輸入輸出、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和程序存儲(chǔ)，編碼器的信號(hào)反饋到模塊內(nèi)部完成閉環(huán)控制，具有布線簡(jiǎn)單、控制精確、售后維護(hù)方便等諸多優(yōu)勢(shì)。

ADI Trinamic全位置閉環(huán)步進(jìn)方案

閉環(huán)驅(qū)動(dòng)高性價(jià)比方案選擇

TMC4361+TMC2130/TMC5130(小功率)

TMC4361+TMC2160/TMC5160(大功率)

TMC4361是一款步進(jìn)電機(jī)全閉環(huán)伺服控制器，實(shí)現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的全閉環(huán)工作，帶有S形斜坡發(fā)生器，可以任意一點(diǎn)加減速，防止電機(jī)啟停時(shí)發(fā)生過(guò)沖現(xiàn)象。此外，TMC4361采用ADI Trinamic DcStep、閉環(huán)控制和ChopSync技術(shù)，盡可能快地驅(qū)動(dòng)高負(fù)載而不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)損耗。

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例如在閉環(huán)控制的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)發(fā)了1000個(gè)脈沖電機(jī)只走了998步，將會(huì)發(fā)送指令反饋給MCU，MCU再補(bǔ)回兩個(gè)脈沖，讓電機(jī)再走兩步，完成電機(jī)所要實(shí)現(xiàn)1000步的指令。步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制，有著校驗(yàn)步數(shù)、防止丟步、堵轉(zhuǎn)檢測(cè)、力矩控制等關(guān)鍵技術(shù)，其穩(wěn)定性更好、精度更高，同時(shí)具備高響應(yīng)、高速性。

TMC4361步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)方案的優(yōu)勢(shì)：

支持絕對(duì)值編碼器，可選增量編碼器或者絕對(duì)值編碼器，讓工程師們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)更方便。

S形斜坡

可急停、急停防過(guò)沖、頻繁啟動(dòng)或停止

任意點(diǎn)加減速控制

免增益，靜止無(wú)抖動(dòng)

靜音、低速無(wú)抖動(dòng)

高速，高效率，高響應(yīng)

閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制模塊化解決方案

TMCM-1310是全封閉單軸步進(jìn)控制單元，適用于需要高可靠性和動(dòng)態(tài)特性的所有應(yīng)用。該設(shè)備由ADI Trinamic StallGuard2，CoolStep和SpreadCycle斬波器技術(shù)驅(qū)動(dòng)。TMCM-1310能夠從每個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)高達(dá)4.3A的電流(帶有適當(dāng)?shù)纳崞?。設(shè)計(jì)用于9-51V的工作電壓。該設(shè)備提供USB，EtherCAT和編碼器接口。

TMCM-3312是高度集成的控制器/驅(qū)動(dòng)器模塊，用于3個(gè)步進(jìn)電機(jī)軸，帶可選閉環(huán)操作，用于無(wú)傳感器負(fù)載相關(guān)電流控制的三軸步進(jìn)電機(jī)控制器/驅(qū)動(dòng)器模塊。該設(shè)備由ADI Trinamic StallGuard2、CoolStep、SpreadCycle、StealthChop 技術(shù)提供動(dòng)力，并具有 SixPoint和S形斜坡發(fā)生器。

審核編輯：湯梓紅