步進電機加減速過程控制技術(shù)

正因為步進電機的廣泛應(yīng)用,對步進電機的控制的研究也越來越多，在啟動或加速時如果步進脈沖變化太快，轉(zhuǎn)子由于慣性而跟隨不上電信號的變化，產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)或失步在停止或減速時由于同樣原因則可能產(chǎn)生超步。為防止堵轉(zhuǎn)、失步和超步，提高工作頻率,要對步進電機進行升降速控制。配合以直線運動執(zhí)行機構(gòu)或齒輪箱裝置，更可以實現(xiàn)更加復雜、精密的線性運動控制要求。

步進電機的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。其角速度與脈沖頻率成正比，而且在時間上與脈沖同步。因而在轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運行拍數(shù)一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。由于步進電機是借助它的同步力矩而啟動的，為了不發(fā)生失步,啟動頻率是不高的。特別是隨著功率的增加,轉(zhuǎn)子直徑增大，慣量增大，啟動頻率和很高運行頻率可能相差十倍之多。從這里我們可以看出，步進電機要運轉(zhuǎn)那么必須要輸入脈沖，如果沒有脈沖，步進電機是不動的，所以我們需要一個驅(qū)動器來給步進電機的各項繞組依次通電。

步進電機的起動頻率特性使步進電機啟動時不能直接達到運行頻率，而要有一個啟動過程，即從一個低的轉(zhuǎn)速逐漸升速到運行轉(zhuǎn)速。停止時運行頻率不能立即降為零，而要有一個高速逐漸降速到零的過程。

詳解導致步進電機定位不準的原因

強行使電機以要求的速度(大于極限起動預率)直接起動，可能會發(fā)生“丟步’或無響應(yīng)。而當電機運行至終點時，雖然已經(jīng)立即停止發(fā)脈沖，令其停止，但由于慣性作用，會發(fā)生沖過終點的現(xiàn)象，即產(chǎn)生過沖。    

由于慣性作用產(chǎn)生過沖現(xiàn)象并出現(xiàn)步進電機定位不準確的主要原因有以下幾點：     

（1）要求步進電機起動之初速度過高，遠遠超過步進電機的極限起動頻率，或者說是加速度太大，從而造成“丟布”情況；     

（2）步機電機馬達的功率達不到系統(tǒng)的要求；     

（3）步進電機在工作過程中或許遭受到干擾導致電機定位不準；     

（4）控制系統(tǒng)的控制器產(chǎn)生失誤動作；     

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

（6）軟件存在設(shè)計缺陷；     

由于開環(huán)控制系統(tǒng)具有操作方便，價格低廉的優(yōu)點，所以我國所采用基本是以開環(huán)控制反應(yīng)式步進電機為主。雖然步進電機應(yīng)用廣泛，但其并不能如同普通的交(直)流電機在常規(guī)條件下使用，且從起點到終點的運行速度在理論狀況下，在電機的極限起動頻率大于運行的速度時，電機可按要求運行，并可達到預期的運行速度。運行至行程結(jié)束時，也能立即發(fā)出可以實現(xiàn)停止功能的脈沖，并使電機停止運行。但實際情況是，步進電機能實現(xiàn)的極限起動預率較低，遠不能滿足較高的運行速度的要求。在這種工作狀況下，強行使電機以要求的速度(大于極限起動預率)直接起動，則會發(fā)生“丟步”或無響應(yīng)。而當電機運行至終點時，雖然已經(jīng)立即停止發(fā)脈沖，令其停止，但由于慣性作用，會發(fā)生沖過終點的現(xiàn)象，即產(chǎn)生過沖。更安靜的環(huán)境、更可靠的性能，這會是打造智能家居無疑是一大福音。      

需要我們特別注意的問題是，為了要保證系統(tǒng)的定位精準度并獲得較高的定位速度，主流系統(tǒng)都將定位過程劃分為兩種階段進行。分別為：粗定位階段及精定位階段。根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，“丟步”和“過沖”是步進電機在運行中很常出現(xiàn)的兩種嚴重影響步進電機定位精度的“罪魁禍首”。步進電動機不同于平常的普通電機，它不能直接接到直流或交流電源上工作，它必須使用專用的驅(qū)動電源，也就是步進電動機驅(qū)動器。

步進電機

步進電機加減速必須采用加減速控制方法。步進電機起動時，要逐步提高脈沖頻率，減速時要逐步降低脈沖頻率。

步進馬達轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸入脈沖信號的變化而變化。步進電機只需發(fā)出脈沖信號，那么它就會旋轉(zhuǎn)一個步距角，如果脈沖信號變化過快，步進電機就會因內(nèi)部反向電動勢的阻尼而使轉(zhuǎn)子和定子之間的磁反應(yīng)跟不上電信號的變化，從而造成堵轉(zhuǎn)和丟步。

所以步進電機在高速起動時，必須采用脈沖頻率升速的方法，在起動過程中還必須有降速過程，以保證步進電機的準確定位控制。加快與減速的原則相同。為了解決步進電機的堵轉(zhuǎn)這一問題，應(yīng)采用加減速控制方法。步進電機起動時，要逐步提高脈沖頻率，減速時要逐步降低脈沖頻率。我們常說的“加減速”法就是這樣。步進電機怎么選型，步進電動機的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機，電機的輸出功率是可變的。