大部分基于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行在開環(huán)狀態(tài)下,因此能夠提供低成本的解決方案。但是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)以開環(huán)方式驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí),在指令步與實(shí)際步之間存在丟步的可能性。為了避免這種可能的發(fā)生,閉環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)應(yīng)用而生。
閉環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)作為傳統(tǒng)開環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)的創(chuàng)新,為有更高安全性、可靠性或產(chǎn)品質(zhì)量要求的應(yīng)用提供了高性價(jià)比的選擇。在步進(jìn)電機(jī)后面安裝一個(gè)位置反饋裝置或以某種間接參數(shù)檢測(cè)位置的方式形成象伺服系統(tǒng)一樣的閉環(huán),以較驗(yàn)或控制失步,檢測(cè)電機(jī)堵轉(zhuǎn),并保證了電機(jī)以更高的速度、精度與更大的有效力矩輸出。閉環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn):
1.大大提升步進(jìn)電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩與速度,進(jìn)一步拓寬步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍
在相同的電壓與電流控制條件下,相對(duì)于傳統(tǒng)的開環(huán)步進(jìn)系統(tǒng),閉環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)的速度范圍可在0.1-3000RPM平滑運(yùn)行,有效轉(zhuǎn)矩提升到保持轉(zhuǎn)矩的60%以上,溫度與噪音同時(shí)降低。
? ? ? 2.實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高速化與小型化
a. 高加減速響應(yīng)、高速精密定位
在步進(jìn)電機(jī)90度短行程正反轉(zhuǎn)的情況下,T型加減速度可達(dá)1000rad/s/s,速度可達(dá)800rpm,定位時(shí)間<80ms,1分鐘往返頻率可達(dá)700次以上,仍可保證目標(biāo)位置精確定位?!?/span>
? ? ? ?b. 系統(tǒng)小型化
由于步進(jìn)電機(jī)在低速的時(shí)候有較大的轉(zhuǎn)矩,與常規(guī)的伺服電機(jī)相比,在低速旋轉(zhuǎn)區(qū)可使用較大的連續(xù)轉(zhuǎn)矩,因此可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)尺寸的小型化。 3. 零速完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)
由于步進(jìn)電機(jī)停止時(shí)具有保持轉(zhuǎn)矩特性,不像伺服系統(tǒng)停止時(shí)還有微振動(dòng),因此可實(shí)現(xiàn)電機(jī)完全停止運(yùn)轉(zhuǎn),以提高運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的重復(fù)定位精度。4. 高分辨率
500,1000,2000,4000,5000,20000P/R編碼器分辨率可選,可達(dá)80000個(gè)脈沖每轉(zhuǎn)的位置指令分辨率?! ?/span>
? ? ? ?5. 減少電機(jī)發(fā)熱、實(shí)現(xiàn)高效率
由于采用閉環(huán)正弦波矢量控制,與伺服一樣,電機(jī)電流根據(jù)負(fù)載的大小來(lái)控制,因此能減少電機(jī)發(fā)熱、降低電機(jī)運(yùn)行溫度,實(shí)現(xiàn)高效率。
? ? ? ?閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)雖然獲得了很多好處,但帶來(lái)了一點(diǎn)額外的成本。但是與其他閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)相比,即使增加了一點(diǎn)反饋裝置的成本,閉環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)仍然是低成本的解決方案。為保證結(jié)果的精確性,付出這點(diǎn)額外的成本是值得的。在重要的應(yīng)用場(chǎng)合一個(gè)錯(cuò)誤所帶來(lái)的成本損失將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于反饋元件的成本。編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器的作用類似一種提前保險(xiǎn),能使我們確信步進(jìn)電機(jī)工作在正確的位置。
零件的精確度與質(zhì)量的提高源于閉環(huán)控制,其方法是在機(jī)器或運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)際測(cè)量位置與理想位置的比較。如果兩者存在不一致,電機(jī)就會(huì)運(yùn)動(dòng)以補(bǔ)償任何失步。反饋裝置與閉環(huán)方法的成本與收益是否合理將取決于具體應(yīng)用。要付出多少額外的成本取決于所要求的機(jī)器性能、生產(chǎn)效率、位置精度和所期望的零件質(zhì)量。
被控過(guò)程中材料的價(jià)值也會(huì)影響成本的平衡。步進(jìn)電機(jī)常被用于處理非常昂貴的材料,從電子元件到DNA樣本,為防止失效發(fā)生而增加一點(diǎn)額外的電機(jī)反饋成本也是值得的。
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