步进电机未来发展趋势闭环、一体化
步进电机未来发展趋势闭环、一体化
STM系列步进电机是能实现实时加速补偿型的一体化闭环步进电机，其经过最苛刻的试验, 除非完全堵死电机, 证实决不不会失步, 不管怎样, 电机都会去到指定的位置. 就算电机堵死了或人为的强迫它胡乱转动, 只要再松开它, 照样准确无误回到该去的位置 。
也许有人说了, 步进电机没有必要闭环控制, 开环就好了, 它本来就是开环控制的, 你不要超过它的允许范围内使用就可以了. 但是我不同意这种说法, 有以下几点:
1, 步进系统便宜过伺服系统很多很多, 这点所有人都知道, 为了便宜, 在自动控制领域内, 步进系统还是占大多数, 但步进系统潜在失步的可能性, 并且还不知道是否已经失步了. 还有步进驱动器虽然可以细分并产生微步, 但大家应该清楚微步主要是让电流更平滑, 电机振动性更好, 微步虽然可以提高步进电机的准确性, 但微步却不可靠, 所有的资料和我亲自的测量都证实了这一点.
正因为如此, 限制了步进系统进入高精度要求和高风险要求的机器. 有了闭环控制器, 步进系统精度一点不比伺服的差了, 只是速度比不上伺服, 如果配合市面上的普通光栅尺使用, 定位精度可以超过伺服电机, 因为伺服只是半闭环控制, 而步进电机配合闭环控制器还有光栅尺是全闭环控制, 免除了机械系统的误差, 所以定位精度可以超过伺服系统. 而价钱只是伺服的1/N.
2, 步进电机不能保证绝对的准确性, 而且还不知道是否准确, 因此在工作负载变化大或不确定性的工作条件下, 如数控铣床, 雕铣机. 它们的切削力的变化是不可控的, 比如在钢上分层铣削一深槽, 到多层后每次铣刀,靠近到槽的边壁时切削力就会急剧增大. 为了应付这种可能性并且保证精度, 现在唯一的办法就是降低整个加工速度, 以换取局部的安全. 而其实绝大部份工作时间都不是在大阻力状态下, 因此严重的降低了系统使用的效率, 而使用闭环控制器, 便可以在这种情况下大幅提高机器的效率, 你不必为个别的阻力点的安全而降低整个过程和速度和效率. 控制器会自动调整速度通过阻力点, 阻力点过后又会自动恢复速度, 并加速补偿回丢失的脉冲, 而且是一瞬间完成. 如果设定了报警功能, 能够在失步到一定的情况下报警并发信号给上位机. 伺服系统也是这样处理的.
3, 我见过不少的进口机电设备还有一些医疗机器上, 步进电机后面带有编码器, 以保证设备的精确性和安全性. 国外步进电机后面带编码器已经有标准产品. 还有日本东方电机是全球有名的步进系统制造商, 他们这几年的着重推荐的步进系统的产品αstep系列, 便是号称不会失步的步进电机, 一套电机加驱动器要2-3千RMB. 由此可见闭环的步进系统将是发展的一种方向, 不是每个有精度要求和安全要求的机器都一定要用伺服电机.
由以上几点可以看出步进电机的闭环控制是有自己存在的合理性和价值, 当然这些只是针对有高要求但又不至于上伺服的机器, 不针对低要求的机器. 它的作用是填补开环的步进电机和高性能的伺服电机的中间阶段的空白, 给人以更多的选择.
STM系列一体化闭环步进电机高速接法时, 最高转速可以上到3000转, 最高启动转速不到200转, 可以说差别很大, 但我们试验时都是让电机直接在900转左右直接启动, 反转, 停止, 完全没有任何升速和降速曲线, 理论上电机是没可能会转动的, 每启动一次都有可能失步在几千步以上, 但不管我怎么折腾, 电机最后会准确的停在它应该去的位置上, 其实让电机最后位置准确是一件很简单的事, 难就难在实时的加速追赶上, 否则对于多轴联动的机器(如雕铣机) 是没有任何的意义. 这中间的处理实在太难做了, 为此我的头都想大了, 几次想放弃了, 直到这几天基本完成主程序人才轻松下来, 在这过程中程序的实时性又是重中之重, 为此也是想尽了办法. 也许是我太笨了, 可能有些高手可以轻松搞掂. 还有多谢谢孙老师和其它网友的提醒, 本来我想用一片单片机跟踪几个轴的运动,当时孙老师就指出没有可能跟踪到几轴, 做下来才发现, 虽然我用的单片机比较高速, 性能强大, 但连跟踪并处理一轴都觉得力不从心, 经过反复的算法和思路优化, 在C和汇编之间折腾, 现在总算能够时间准确的跟踪并处理一轴的, 一定是没有能力同时处理几轴的,
STM系列一体化步进电机闭环控制器的主要作用是: 提高步进系统的精度, 在复杂多变负载的条件下提高步进系统的运行效率, 保证步进系统的安全性(有报警, 有反馈, 有数值显示), 永不失步. 并可以配合市面上的通用光栅尺构成全闭环系统.
这个步进电机闭环控制器的一些功能有: 在超过步进电机的最高启动转速下, 不需要升速曲线可以以任意速度启动电机. 在没有或降速曲线不够的情况下, 出现过冲, 电机会自动回位纠正过冲. 在运行过程中因为阻力变化有失步, 控制器动态的调整速度, 追回失去的脉冲. 运行中遇到阻力点哪怕被堵转, 自动降低转速以增大力矩通过阻力点, 过后再加速追回失去的脉冲, 直到准确的位置, 再回复本来的速度. 整过过程中的加速或减速都是经过几百级的速度平滑过渡, 没有任何突然的振动或变化. 当电机过冲后, 又突然的反转, 控制器会忽略多余的脉冲, 直到电机去到正确的位置.
但有两点不足的, 一是最后定位有一个脉冲的误差, 如果想一个脉冲不差, 可能会引起电机在一个位置上反复抖动. 二是设置工作时的最高速度至少比步进电机的本来最高转速要低5%, 要给控制器以一定裕量来追赶失去的脉冲, 否则没有速度差永远追不上, 其实这点也不算什么问题, 雕铣机工作时没有人可以完全使用步进电机的最高转速, 这样必定会失步.
TAG 步进电机 闭环 一体化
