步進(jìn)電機(jī)的PID控制

PID 控制作為一種簡(jiǎn)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(guò)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(cè)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 。要使步進(jìn)電機(jī)快速的達(dá)到所要求的速度又不失步或過(guò)沖，其關(guān)鍵在于使加速過(guò)程中,加速度所要求的力矩既能充分利用各個(gè)運(yùn)行頻率下步進(jìn)電機(jī)所提供的力矩，又不能超過(guò)這個(gè)力矩。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(guò)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(jiǎn)單 、魯棒性強(qiáng) 、可靠性高等優(yōu)點(diǎn) ,但是它無(wú)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(guò)程參數(shù) , 自動(dòng)整定控制參數(shù) , 適應(yīng)被控過(guò)程參數(shù)的變化 ,同時(shí)又具有常規(guī) PID 控制器的特點(diǎn)。

詳解導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)定位不準(zhǔn)的原因

強(qiáng)行使電機(jī)以要求的速度(大于極限起動(dòng)預(yù)率)直接起動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生“丟步’或無(wú)響應(yīng)。而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行至終點(diǎn)時(shí)，雖然已經(jīng)立即停止發(fā)脈沖，令其停止，但由于慣性作用，會(huì)發(fā)生沖過(guò)終點(diǎn)的現(xiàn)象，即產(chǎn)生過(guò)沖。    

由于慣性作用產(chǎn)生過(guò)沖現(xiàn)象并出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)定位不準(zhǔn)確的主要原因有以下幾點(diǎn)：     

（1）要求步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)之初速度過(guò)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)步進(jìn)電機(jī)的極限起動(dòng)頻率，或者說(shuō)是加速度太大，從而造成“丟布”情況；     

（2）步機(jī)電機(jī)馬達(dá)的功率達(dá)不到系統(tǒng)的要求；     

（3）步進(jìn)電機(jī)在工作過(guò)程中或許遭受到干擾導(dǎo)致電機(jī)定位不準(zhǔn)；     

（4）控制系統(tǒng)的控制器產(chǎn)生失誤動(dòng)作；     

（5）換向時(shí)丟脈沖，單向運(yùn)行定位準(zhǔn)確，換向后定位出現(xiàn)偏差，并隨著換向次數(shù)的增加導(dǎo)致其偏差值就越明顯；     

（6）軟件存在設(shè)計(jì)缺陷；     

由于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)具有操作方便，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，所以我國(guó)所采用基本是以開(kāi)環(huán)控制反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為主。雖然步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用廣泛，但其并不能如同普通的交(直)流電機(jī)在常規(guī)條件下使用，且從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)行速度在理論狀況下，在電機(jī)的極限起動(dòng)頻率大于運(yùn)行的速度時(shí)，電機(jī)可按要求運(yùn)行，并可達(dá)到預(yù)期的運(yùn)行速度。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。而智能家居要求家電組網(wǎng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)把各類電子設(shè)備相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)高度網(wǎng)絡(luò)化，這同時(shí)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)性能提出了更苛刻的要求。但實(shí)際情況是，步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)的極限起動(dòng)預(yù)率較低，遠(yuǎn)不能滿足較高的運(yùn)行速度的要求。在這種工作狀況下，強(qiáng)行使電機(jī)以要求的速度(大于極限起動(dòng)預(yù)率)直接起動(dòng)，則會(huì)發(fā)生“丟步”或無(wú)響應(yīng)。而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行至終點(diǎn)時(shí)，雖然已經(jīng)立即停止發(fā)脈沖，令其停止，但由于慣性作用，會(huì)發(fā)生沖過(guò)終點(diǎn)的現(xiàn)象，即產(chǎn)生過(guò)沖。      

需要我們特別注意的問(wèn)題是，為了要保證系統(tǒng)的定位精準(zhǔn)度并獲得較高的定位速度，主流系統(tǒng)都將定位過(guò)程劃分為兩種階段進(jìn)行。分別為：粗定位階段及精定位階段。具有細(xì)分功能的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器可以改變步進(jìn)電機(jī)的固有步距角，達(dá)到更大的控制精度、降低振動(dòng)及提高輸出轉(zhuǎn)矩。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，“丟步”和“過(guò)沖”是步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行中很常出現(xiàn)的兩種嚴(yán)重影響步進(jìn)電機(jī)定位精度的“罪魁禍?zhǔn)住薄?

什么是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器？步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有哪些型號(hào)？

嘉揚(yáng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)有S-245D數(shù)字式二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，S-266D二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，S-224D二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，ASD422R二相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，ASD545R二相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，ASD880R二相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，ASD872R二相步 進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，ASA2280H二相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，CSD680R三相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，CSH2242R三相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，CSH2272R三相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，CSH2285R三相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，ASD556-X3三軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。由于慣性作用產(chǎn)生過(guò)沖現(xiàn)象并出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)定位不準(zhǔn)確的主要原因有以下幾點(diǎn)：（1）要求步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)之初速度過(guò)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)步進(jìn)電機(jī)的極限起動(dòng)頻率，或者說(shuō)是加速度太大，從而造成“丟布”情況。以上只是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器部分型號(hào)，還有更多請(qǐng)直接聯(lián)系銷售部咨詢。

什么是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器？步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的原理是什么，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用單極性直流電源供電。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，因此電機(jī)叫步進(jìn)電機(jī)，英文名stepping motor。

步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)加減速必須采用加減速控制方法。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，要逐步提高脈沖頻率，減速時(shí)要逐步降低脈沖頻率。

步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸入脈沖信號(hào)的變化而變化。步進(jìn)電機(jī)只需發(fā)出脈沖信號(hào)，那么它就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，如果脈沖信號(hào)變化過(guò)快，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)因內(nèi)部反向電動(dòng)勢(shì)的阻尼而使轉(zhuǎn)子和定子之間的磁反應(yīng)跟不上電信號(hào)的變化，從而造成堵轉(zhuǎn)和丟步。

所以步進(jìn)電機(jī)在高速起動(dòng)時(shí)，必須采用脈沖頻率升速的方法，在起動(dòng)過(guò)程中還必須有降速過(guò)程，以保證步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位控制。加快與減速的原則相同。為了解決步進(jìn)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)這一問(wèn)題，應(yīng)采用加減速控制方法。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件，通過(guò)控制施加在電機(jī)線圈上的電脈沖順序、頻率和數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、速度和旋轉(zhuǎn)角度的控制。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，要逐步提高脈沖頻率，減速時(shí)要逐步降低脈沖頻率。我們常說(shuō)的“加減速”法就是這樣。