從步進電機的角度來說,需要滿足一些公差標準,包括機械公差和電氣公差。相繞組電感的不均衡是重要因素,其他一些原因包括極靴、轉子的不對準,定轉子間氣隙的不均勻,定轉子齒槽關系,以及轉矩脈動等。達到并持續(xù)控制這些參數(shù)并不是非常困難的事。 我們知道,電機定子繞組的電感量正比于繞組匝數(shù)的平方,只要采用恰當?shù)睦@制工藝就能保證相電感間的一致性。很多步進電機制造商已經(jīng)使用自動繞線設備來保證這種一致性。當然,轉子磁性材料也應具備良好的一致性從而保證電機各相電感的一致。其他一些規(guī)格指標則與機械有關。只要制造商使用可靠的、高品質的部件及優(yōu)良的工藝控制來保證定轉子均勻的磨削量,就能獲得滿意的精度。正如Lin Engineering 公司的Belal Azim所說,由于保證了兩相雙極性步進電機相電感間的誤差在±5%以內,因此0.9度的步進電機在使用64微步驅動模式下,定位誤差可以達到±1.5弧分,包括精確性和準確性。滿足了以上條件,步進電機就可以完全達到指標要求(2相步進電機基本步進角圍1.8°、5相步進電機基本步進角為0.72°)
剩下的任務就是讓驅動器/控制器告訴步進電機應該運動到哪兒和如何運動,而且不能由于驅動器自身精度不高而降低了電機的精度。一個細分驅動器通過給電機繞組提供特定的激磁電流,告訴電機需要運行多少個微步。步進電機運行在整步模式時,精度最高,因為剛好與電機的機械設計特點相吻合。此時定轉子齒正好完全對齊,且繞組中流過的電流最大。隨著細分數(shù)的增加,步矩角相應減小,此時越來越難以保證定位的準確了。 每臺步進電機都有自己特定的性能指標,很多指標都是根據(jù)實際應用要求設計的。為低速使用設計的電機往往電感量比較大,反之為高速設計電機的電感量比較小。為了滿足不同的運動規(guī)律,步進電機設計工程師需要調整線圈中繞組的設計,以滿足和速度、轉矩、電流、電阻以及電感相關的數(shù)學公式。因此,同一臺驅動器匹配不同電機時呈現(xiàn)出不同的運行性能,同樣,一臺電機匹配不同的驅動器時轉矩特性也不同。
典型的細分模式包括2、4、8、16、32、64、128及256微步,還有一些特殊運用案例如分度儀等需要行走0。01度時則需選用如日本`OWELL公司所提供3,6,12細分的產(chǎn)品;提高細分數(shù)也就相應提高了單步精度(將整步按細分數(shù)等分來提高精度)。。例如,一臺0.9度的步進電機如果用64細分的驅動模式,步矩角可以達到0.014度。當然,驅動器也必須按照細分規(guī)律提供給電機精確的電流值。 運動控制系統(tǒng)里匹配步進電機和驅動器的5個簡單步驟: 1. 選擇合適的電機(基于對速度和轉矩的要求)。 2. 確認電機技術指標中各相電感之間誤差在±5%以內。 3. 選擇合適的驅動器。如果可能的話,獲得驅動器輸出的電流波形圖。 4. 確認驅動器上有提高運行平穩(wěn)性的功能或者選項,如調節(jié)續(xù)流阻尼深度 (慢速或者快速電流衰減)或可調整電流波形的電位器。 5. 根據(jù)驅動器特性匹配電機電感量。通常說來,高電感量電機低速性能較好,但是需要驅動器具備高電流阻尼(快速續(xù)流),能讓電流在續(xù)流期間快速下降。阻尼有助于電感的快速放電。低電感量電機高速性能好,如果驅動器能提供較低的電流阻尼(慢速續(xù)流),那么這些電機將呈現(xiàn)出良好的工作特性,因為他們在電感能量泄放過程中無需特別的阻尼幫助。對于一些電感量中等的電機來說,可以選擇具備混合續(xù)流能力的驅動器。
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