步進(jìn)電機(jī)高速高精度高可靠性應(yīng)用解決方案

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。

簡介：

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)位置定位

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*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)*停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以提高運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的重復(fù)定位精度

增加成本是否物有所值？

閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)雖然獲得了很多好處，但帶來了一點(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)果的性，付出這點(diǎn)額外的成本是值得的。在重要的應(yīng)用場合一個(gè)錯(cuò)誤所帶來的成本損失將遠(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。

市場觀點(diǎn)：

普遍認(rèn)為，步進(jìn)伺服系統(tǒng)在成本、性能方面介于傳統(tǒng)開環(huán)步進(jìn)與交流伺服兩者之間，無多大的市場價(jià)值可言。但是，我們認(rèn)為，步進(jìn)伺服系統(tǒng)的高性價(jià)比、小體積、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性的特點(diǎn)在短行程、高速正反轉(zhuǎn)的應(yīng)用場合中具有*的*性，既可以滿足開環(huán)步進(jìn)無法達(dá)到的性能要求，相比交流伺服系統(tǒng)具有小型化、低成本的優(yōu)勢(shì)，尤其適合應(yīng)用在半導(dǎo)體、紡織、醫(yī)療、數(shù)控行業(yè)中某些特殊要求的自動(dòng)化設(shè)備中，因此具有廣闊的市場應(yīng)用前景。