步進電機位置定位精度的解決方法

步進電機定位不準的原因及處理方法

步進電機是一種感應(yīng)電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此也經(jīng)常會出現(xiàn)一些定位不準的故障。

步進電機定位不準一般由以下幾方面原因引起：

1、 改變方向時丟脈沖，表現(xiàn)為往任何一個方向都準，但一改變方向就累計偏差，并且次

數(shù)越多偏得越多；

2、 初速度太高，加速度太大，引起有時丟步；

3、 在用同步帶的場合軟件補償太多或太少；

4、 馬達力量不夠；

5、 控制器受干擾引起誤動作；

6、 驅(qū)動器受干擾引起；

7、 軟件缺陷；

針對以上問題分析如下：

1、一般的步進驅(qū)動器對方向和脈沖信號都有一定的要求，如：方向信號在第一個脈沖上升沿或下降沿（不同的驅(qū)動器要求不一樣）到來前數(shù)微秒被確定，否則會有一個脈沖所運轉(zhuǎn)的角度與實際需要的轉(zhuǎn)向相反，最后故障現(xiàn)象表現(xiàn)為越走越偏，細分越小越明顯，解決辦法主要用軟件改變發(fā)脈沖的邏輯或加延時。

2、由于步進電機特點決定初速度不能太高，尤其帶的負載慣量較大情況下，建議初速度在1r/s以下，這樣沖擊較小，同樣加速度太大對系統(tǒng)沖擊也大，容易過沖，導致定位不

3、根據(jù)實際情況調(diào)整被償參數(shù)值，（因為同步帶彈性形變較大，所以改變方向時需加一定的補償）。

4、適當?shù)卦龃篑R達電流，提高驅(qū)動器電壓（注意選配驅(qū)動器）選扭矩大一些的馬達。

5、系統(tǒng)的干擾引起控制器或驅(qū)動器的誤動作，我們只能想辦法找出干擾源，降低其干擾能力（如屏蔽，加大間隔距離等），切斷傳播途徑，提高自身抗干擾能力，常見措施：

①用雙紋屏蔽線代替普通導線，系統(tǒng)中信號線與大電流或大電壓變化導線分開布線，降低電磁干擾能力。

②用電源濾波器把來自電網(wǎng)的干擾波濾掉，在條件許可下各大用電設(shè)備的輸入端加電源濾波器，降低系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備之間的干擾。

③設(shè)備之間最好用光電隔離器件進行信號傳送，在條件許可下，脈沖和方向信號最好用差分方式加光電隔離進行信號傳送。在感性負載（如電磁繼電器、電磁閥）兩端加阻容吸收或快速泄放電路，感性負載在開頭瞬間能產(chǎn)生10~100倍的尖峰電壓，如果工作頻率在20KHZ以上。

6、軟件做一些容錯處理，把干擾帶來影響消除。

步進電機位置定位精度的解決方法

驅(qū)動電路的改善

一、額定電壓（電流）驅(qū)動：從額定電壓降低電壓來驅(qū)動 步進電機，發(fā)現(xiàn)位置定位精度變差。

例如：在空載時，用編碼器作為負載，在額定電壓（電流）時的精度與低于額定電壓（電流）比較，精度變化較大。如上圖所示，齒槽轉(zhuǎn)矩使特性畸變的程度依據(jù)所加電壓而不同，電壓越低，齒槽轉(zhuǎn)矩影響越明顯。作者經(jīng)驗認為角度精度太差是很麻煩的，會引起測量電壓（電流）不準。大家會注意到，轉(zhuǎn)矩與電壓有一定關(guān)系，而此關(guān)系如不同，會使空載時的角度精度變得很差或成為盲點。

二、2相激磁驅(qū)動：1相激磁驅(qū)動定子齒與轉(zhuǎn)子齒作位置定位。相對2相激磁，由定子的2個相繞組激磁，轉(zhuǎn)子齒磁場與定子磁場平衡，作位置定位。因1相激磁驅(qū)動時，其誤差精度為各定子相的本身機械精度，而2相激磁誤差，由多極位置決定，誤差有所緩解，精度變好。特別是縱列型的兩相PM型步進電機，1相激磁與2相激磁比較，1相激磁精度會差一些。

三、多步進位置定位：兩相步進電機時以2或4步進位置定位驅(qū)動；三相步進電機3或6步進位置定位驅(qū)動?！恫竭M電機步距角度精度的測量》一文中提到的是兩相HB型步進電機的例子，如每4步進位置定位，精度大幅提高。

例如，每1.8°位置定位時，1.8°并非使用全步進，而是使用0.9°的步進電機，以2步進驅(qū)動1.8°位置定位，全步進選擇0.6°的步進電機，3步進驅(qū)動有0.6°×3=1.8°的驅(qū)動方式。此種方式可以大大提高精度。

電機的改善

微調(diào)定子結(jié)構(gòu)的改善：已知定子的微調(diào)結(jié)構(gòu)能改善位置定位精度。以兩相電機為例，微調(diào)結(jié)構(gòu)，可以降低齒槽轉(zhuǎn)矩，距角特性變?yōu)檎也?。三相HB型1.2°的步進電機，六主極無微調(diào)，與12主極有微調(diào)的全步進驅(qū)動時的位置精度比較如下圖所示：

1/8細分驅(qū)動時的位置定位精度比較如下圖所示：

三相12主極微調(diào)結(jié)構(gòu)步進電機全步進時，位置定位精度可以改善±2%以內(nèi)。在細分時，微調(diào)結(jié)構(gòu)精度提高近50%。細分步距角精度比全步距角運行的精度大。步距采用8分割時，步距角為1.2°/8=0.15°，以此作為控制計算基準，其精度值當然比全步距角時要高。

三相HB型高分辨率電機的改善：三相HB型步進電機有2相1.8°的1/3，即0.6°的髙分辨率電機，由于驅(qū)動芯片可以在市場上買到，所以可以很容易地實現(xiàn)高精度位置定位。

RM型細分時的改善：以HB型步進電機細分的角度，用于位置定位時，其精度會有問題。RM型10細分位置定位時，計算出的位置是線性變化的，微步進細分時的角度精度比較。