步進電機

步進電機又稱為脈沖電機，基于基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉的電磁鐵，其動作原理是依靠氣隙磁導的變化來產(chǎn)生電磁轉矩。步進電機的PID控制PID控制作為一種簡單而實用的控制方法,在步進電機驅動中獲得了廣泛的應用。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，應用于氫弧燈的電極輸送機構中。這被認為是當初的步進電機。二十世紀初，在電話自動交換機中廣泛使用了步進電機。由于西方資本的主義列強爭奪殖民地，步進電機在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在步進電機上，對于數(shù)字化的控制變得更為容易。到了八十年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電機的控制方式更加靈活多樣。

步進電機的PID控制

PID 控制作為一種簡單而實用的控制方法 , 在步進電機驅動中獲得了廣泛的應用。因此，用單片機控制步進電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨。它根據(jù)給定值 r( t) 與實際輸出值 c(t) 構成控制偏差 e( t) , 將偏差的比例 、積分和微分通過線性組合構成控制量 ,對被控對象進行控制 。文獻將集成位置傳感器用于二相混合式步進電機中 ,以位置檢測器和矢量控制為基礎 ,設計出了一個可自動調節(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 。文獻根據(jù)步進電機的數(shù)學模型 ,設計了步進電機的 PID 控制系統(tǒng) ,采用 PID 控制算法得到控制量 ,從而控制電機向規(guī)定位置運動 。通過驗證了該控制具有較好的動態(tài)響應特性 。采用 PID 控制器具有結構簡單 、魯棒性強 、可靠性高等優(yōu)點 ,但是它無法有效應對系統(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合 , 形成帶有智能的新型復合控制 。這種智能復合型控制具有自學習 、自適應 、自組織的能力 ,能夠自動辨識被控過程參數(shù) , 自動整定控制參數(shù) , 適應被控過程參數(shù)的變化 ,同時又具有常規(guī) PID 控制器的特點。

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。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)控制反應式步進電機為主。步進電機怎么選型，針對步進電機使用環(huán)境來選擇特種步進電機能夠防水、防油，用于某些特殊場合。雖然步進電機應用廣泛，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。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。      

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。然后再對脈沖信號進行分配，去控制功率放大器相應的晶體管導通，然后使步進電機的線圈得電。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”。

步進電機驅動器根據(jù)外來的控制脈沖和方向信號，通過其內部的邏輯電路，控制步進電機的繞組以一定的時序正向或反向通電， 使得電機正向/反向旋轉，或者鎖定。步進電機一般由前后端蓋、軸承、中心軸、轉子鐵芯、定子鐵芯、定子組件、波紋墊圈、螺釘?shù)炔糠謽嫵?，步進電機也叫步進器，它利用電磁學原理，將電能轉換為機械能，是由纏繞在電機定子齒槽上的線圈驅動的。以1.8度兩相步進電機為例：當兩相繞組都通電勵磁時，電機輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機保持鎖定的力矩為保持力矩。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向，則電機將順著一個既定方向旋轉一步（1.8度）。

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