1、小丸子非標(biāo)機械大講堂小白進階篇 第二節(jié)步進電機專題 本課主題：步進電機使用場合、精度、控制方式主講老師：小丸子教育澤雨老師學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、步進電機適用場合及性能概述2、步進電機與伺服電機對比3、步進電機的驅(qū)動方式4、控制電機的分辨率與精度探討5、不同場合步進電機的控制方式1. 步進電機性能概述1）頻矩特性隨著脈沖頻率增大，電機的定子會產(chǎn)生反電動勢從而減弱工作電流，使電機輸出扭矩減小。2）低頻震動一般情況下低頻震動的頻率區(qū)間在180pps-250pps之間。解決方案：1. 加減速器避開共振頻率。2. 細(xì)分驅(qū)動。3. 換成步距角小的電機。4. 改用伺服電機。3） 啟動頻率不宜過高，需要加速空載啟動頻

2、率：即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。解決方案：步進電機的起步速度一般在10100RPM，伺服電機的起步速度一般在100300RPM。根據(jù)電機大小和負(fù)載情況而定，大電機一般對應(yīng)較低的起步速度。4） 加減速時間與停止時間要求加減速時間的長短是選用時的重點，但是除此之外還必須考慮加速 轉(zhuǎn)矩及加減速常數(shù)的平衡，所以不能輕易決定。 因此，開始計算時，設(shè)定定位時間的 25% 左右為標(biāo)準(zhǔn)來進行計算。1. 加減速時間 s 定位時間 s0.252. 在頻繁啟動的工況下，運行時間/（運行時間+停止時間）50%注：加速時間不得小于0.1s，最

3、好是在0.2-0.3s之間（步進電機容許加速時間為0.1-1s之間，伺服電機容許加速時間為0.05s-0.5s之間）2. 步進VS伺服電機1）控制精度不同兩相步進電機步距角為1.8；德國百格拉公司生產(chǎn)的三相混合式進電機及驅(qū)動器，可以細(xì)分控制來實現(xiàn)步距角為1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了兩相和五相步進電機的步距角。交流伺服電動機的控制精度由電動機后端的編碼器保證。如對帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電動而言，驅(qū)動器內(nèi)部采用4倍頻率技術(shù)，則其脈沖當(dāng)量為360/10000=0.036 ；對于帶17位編碼器的電動機而言，驅(qū)動器每接收217 =131072個

4、脈沖電動機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360/131072=0.00274658，是步距角為1.8的步進電機脈沖當(dāng)量的1/655。 2）低頻特性不同兩相混合式步進電動機在低速運轉(zhuǎn)時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電動機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。3）矩頻特性不同步進電動機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高速是會急劇下降。交流伺服電動機為恒力矩輸出，即在額定轉(zhuǎn)速（如3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。4）過載能力不同步進電動機一般不具有過載能力，而交流伺服電動機有較強的過載能力，一般最大轉(zhuǎn)矩可為額定轉(zhuǎn)矩的3倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電動機因為沒有這種過載能

5、力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電動機，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 5）運行性能不同步進電動機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；停止時如轉(zhuǎn)速過高，易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)丟步或過沖現(xiàn)象，控制性能更為可靠。6）速度響應(yīng)性能不同 步進電動機從靜止加速到工作速度（一般為幾百RPM）需要200400ms。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到工作速度（如3000RPM），一般僅需幾毫秒，可用于快速啟動的控制場合。7）效率指標(biāo)不同步進電動機的效率

6、比較低，一般60%以下。交流伺服電機的效率比較高，一般80%以上。因此步進電動機的溫升也比交流伺服電機的高。3. 步進電機的驅(qū)動方式單拍步進 驅(qū)動方式：正轉(zhuǎn)A-B-C-A 翻轉(zhuǎn)A-C-B-A雙拍步進驅(qū)動方式：正轉(zhuǎn)AB-BC-CA-AB 翻轉(zhuǎn)AB-CA-BC-AB單雙拍步進（半步步進）驅(qū)動方式：正轉(zhuǎn)A-AB-B-BC-C-CA-A 翻轉(zhuǎn)A-AC-C-CB-B-BA-A細(xì)分步進驅(qū)動方式：通過使A B C其中兩相同點，并使通電的某一相磁極的電流大小漸變來實現(xiàn)單步細(xì)分。4. 步進電機控制精度與定位精度探討1） 步進電機的控制精度與定位精度區(qū)別控制精度（步距角）二相步進電機 1.8三相步進電機 1.2五

7、相步進電機 0.72注：1. 細(xì)分驅(qū)動雖可以提高控制精度，但細(xì)分等級超過4就不可以用細(xì)分的控制精度來作為控制精度的參考。2. 在考慮控制精度時，應(yīng)將最小步距角乘以2，再看是否滿足控制精度。步進電機的定位精度步進電機的定位精度是指實際定位角度與理論定位角度的差值，此精度完全取決于電機本身，與步距角或細(xì)分等級沒直接關(guān)系。定位精度=3%-5%的步距角。注：1. 步距角精度誤差不累計。2. 單步距角誤差不會隨細(xì)分變小。3. 細(xì)分可以提高控制精度，但是細(xì)分同樣存在誤差，并且細(xì)分誤差會與單步步進的誤差累計。機械誤差機械誤差與控制精度無關(guān)，但是一定程度與單步距定位精度有關(guān)。2） 提高定位精度的方法加減速器改用伺服電機加光柵尺或者編碼器4. 不同場合的控制方式案例1：多點停止上料光電