步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，基于基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，其動(dòng)作原理是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其原始模型是起源于1830年至1860年間。1870年前后開始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氫弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能與控制方式有密切的關(guān)系，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)從其控制方式來看，可以分為以下三類：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。這被認(rèn)為是當(dāng)初的步進(jìn)電機(jī)。二十世紀(jì)初，在電話自動(dòng)交換機(jī)中廣泛使用了步進(jìn)電機(jī)。由于西方資本的主義列強(qiáng)爭奪殖民地，步進(jìn)電機(jī)在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀(jì)五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。到了八十年代后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的控制方式更加靈活多樣。

步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制

步進(jìn)電機(jī)由于受到自身制造工藝的限制，如步距角的大小由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)決定，但轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)是有限的，因此步進(jìn)電機(jī)的步距角一般較大并且是固定的,步進(jìn)的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運(yùn)行時(shí)振動(dòng)，噪音比其他微電機(jī)都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。這些缺點(diǎn)使步進(jìn)電機(jī)只能應(yīng)用在一些要求較低的場合，對(duì)要求較高的場合，只能采取閉環(huán)控制，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了步進(jìn)電機(jī)作為優(yōu)良的開環(huán)控制組件的有效利用。運(yùn)行至行程結(jié)束時(shí)，也能立即發(fā)出可以實(shí)現(xiàn)停止功能的脈沖，并使電機(jī)停止運(yùn)行。細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點(diǎn)。 

步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)是年代中期發(fā)展起來的一種可以顯著改善步進(jìn)電機(jī)綜合使用性能的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。年美國學(xué)者、頭次在美國增量運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及器件年會(huì)上提出步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分的控制方法。因此，用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時(shí)代趨。在其后的二十多年里,步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)得到了很大的發(fā)展。逐步發(fā)展到上世紀(jì)九十年代完全成熟的。我國對(duì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究,起步時(shí)間與國外相差無幾。

步進(jìn)電機(jī)的PID控制

PID 控制作為一種簡單而實(shí)用的控制方法 , 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。它根據(jù)給定值 r( t) 與實(shí)際輸出值 c(t) 構(gòu)成控制偏差 e( t) , 將偏差的比例 、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量 ,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制 。文獻(xiàn)將集成位置傳感器用于二相混合式步進(jìn)電機(jī)中 ,以位置檢測器和矢量控制為基礎(chǔ) ,設(shè)計(jì)出了一個(gè)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的 PI 速度控制器 ,此控制器在變工況的條件下能提供令人滿意的瞬態(tài)特性 。對(duì)于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用高電壓型驅(qū)動(dòng)器，以獲得良好的高速性能。文獻(xiàn)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ,設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)的 PID 控制系統(tǒng) ,采用 PID 控制算法得到控制量 ,從而控制電機(jī)向規(guī)定位置運(yùn)動(dòng) 。通過驗(yàn)證了該控制具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 。采用 PID 控制器具有結(jié)構(gòu)簡單 、魯棒性強(qiáng) 、可靠性高等優(yōu)點(diǎn) ,但是它無法有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中的不確定信息 。 

目前 , PID 控制更多的是與其他控制策略相結(jié)合 , 形成帶有智能的新型復(fù)合控制 。這種智能復(fù)合型控制具有自學(xué)習(xí) 、自適應(yīng) 、自組織的能力 ,能夠自動(dòng)辨識(shí)被控過程參數(shù) , 自動(dòng)整定控制參數(shù) , 適應(yīng)被控過程參數(shù)的變化 ,同時(shí)又具有常規(guī) PID 控制器的特點(diǎn)。

步進(jìn)電機(jī)可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)嗎?

長時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)致使電機(jī)溫度上升，當(dāng)超過電機(jī)內(nèi)部的耐熱等級(jí)，會(huì)使得絕緣性能劣化。當(dāng)使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)只要保持電機(jī)外殼表面溫度在100度以下，即可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。您可通過以下方法輕松降低步進(jìn)電機(jī)的溫度。

抑制溫度上升的方法：

選用轉(zhuǎn)矩較為充裕的電機(jī)并降低運(yùn)行電流

通過降低運(yùn)行電流可有效抑制發(fā)熱，但相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)降低，需要在選型時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩預(yù)留一定的余量。

選用高的效率型步進(jìn)電機(jī)

高的效率型步進(jìn)電機(jī)通過材質(zhì)的較佳化，大幅降低損耗，發(fā)熱也得以減少。可以幫助工廠實(shí)現(xiàn)空間節(jié)省以及提升裝置的自由度。