閉環(huán)步進(jìn)電機驅動(dòng)器的三要素

 

　　驅動(dòng)放大器選型

 

　　步進(jìn)電機驅動(dòng)放大器包括邏輯解釋模塊和電流放大模塊。驅動(dòng)放大器接受步進(jìn)脈沖，方向信號等輸入，輸出兩組(或幾組)受控電流到電機的兩個(gè)(或幾個(gè))繞組。

 

 

步進(jìn)電機驅動(dòng)器

　　邏輯解釋模塊根據用戶(hù)上位機發(fā)來(lái)的步進(jìn)脈沖、方向信號以及脫機信號等，使得各線(xiàn)圈(繞組)電流輪流切換，從而使電機轉子步進(jìn)旋轉。電機工作方式只有兩種，即整步工作和半步工作，步距角是由電機結構確定的。當基本步距角不能滿(mǎn)足要求時(shí)，需要進(jìn)行細分驅動(dòng)。即每次輸入脈沖切換時(shí)，不將電流全通或全斷，而只改變相應繞組電流的一部分，從而轉子只轉動(dòng)基本步距角的一部分。細分功能由驅動(dòng)器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生，與電機無(wú)關(guān)。細分后，輸出電流變化相對平穩，一定程度上提高輸出轉矩，減弱電機的低頻振蕩，提高步距精度。具體的改善程度視細分程度和驅動(dòng)電路的質(zhì)量而定。

 

　　反饋系統選型

 

　　步進(jìn)電機區別于其他所有電機的最大優(yōu)點(diǎn)走步精準而且有力。如果工作過(guò)程是已知的，阻礙力矩是在電機能力范圍以?xún)鹊模答佅到y并不需要。反饋系統的加裝和信號采集處理會(huì )迅速增加成本，且與步進(jìn)電機的特長(cháng)重疊，所以除非必須，一般不要反饋系統。雖然這樣，NiMotion的一些高端驅動(dòng)控制器還是提供了幾個(gè)反饋信號接入口，可接受模擬量(內置12位模數轉換)和數字量輸入，并通過(guò)相應的通訊協(xié)議發(fā)回給用戶(hù)。

 

　　驅動(dòng)放大器選型

 

　　驅動(dòng)放大器包括邏輯解釋模塊和電流放大模塊。驅動(dòng)放大器接受步進(jìn)脈沖，方向信號等輸入，輸出兩組(或幾組)受控電流到電機的兩個(gè)(或幾個(gè))繞組。

 

　　邏輯解釋模塊根據用戶(hù)上位機發(fā)來(lái)的步進(jìn)脈沖、方向信號以及脫機信號等，使得各線(xiàn)圈(繞組)電流輪流切換，從而使電機轉子步進(jìn)旋轉。電機工作方式只有兩種，即整步工作和半步工作，步距角是由電機結構確定的。當基本步距角不能滿(mǎn)足要求時(shí)，需要進(jìn)行細分驅動(dòng)。即每次輸入脈沖切換時(shí)，不將電流全通或全斷，而只改變相應繞組電流的一部分，從而轉子只轉動(dòng)基本步距角的一部分。細分功能由驅動(dòng)器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生，與電機無(wú)關(guān)。細分后，輸出電流變化相對平穩，一定程度上提高輸出轉矩，減弱電機的低頻振蕩，提高步距精度。具體的改善程度視細分程度和驅動(dòng)電路的質(zhì)量而定。

 

　　對于質(zhì)量較好的電機，一般16~32細分以上已無(wú)明顯作用，但可略為降低振動(dòng)和噪音。

 

　　電流放大模塊將邏輯信號放大成工作電流。較為常用的是由場(chǎng)效應管組成的H橋電路。場(chǎng)效應管可以是一種電子開(kāi)關(guān)，就像電燈開(kāi)關(guān)。使用這種通斷型開(kāi)關(guān)來(lái)調整電流的常用方式是斬波恒流。恒流就是恒定電流。斬波就是將高出需要電流波砍掉。例如往一個(gè)漏水的杯子里加水，如加水速度大于漏水速度，就要停停加加，以免溢出。場(chǎng)效應管開(kāi)通時(shí)，電流上升。當電流剛超過(guò)設定時(shí)，場(chǎng)效應管關(guān)斷，電流被砍，掉下來(lái)。掉到低于設定時(shí)，場(chǎng)效應管再次打開(kāi)，電流又上升。反復開(kāi)關(guān)加上電機線(xiàn)圈電感作用，電流就保持在設定值了。需要指出的是，有些驅動(dòng)放大器發(fā)熱量(不是溫度)很大，有些很小。主要原因是多數場(chǎng)效應管的內阻都在幾百毫歐姆。多數NiMotion驅動(dòng)器場(chǎng)效應管內阻都在10-30毫歐姆之間，所以發(fā)熱量較普通驅動(dòng)器小很多。驅動(dòng)器的表面溫度與發(fā)熱量和散熱面積相關(guān)。NiMotion驅動(dòng)器由于體積小(指甲蓋大小)，故而雖然發(fā)熱量很小(一般小于1W)。

 

　　運動(dòng)控制器選型

 

　　運動(dòng)控制器包括運動(dòng)控制模塊和通訊模塊。運動(dòng)控制器負責與用戶(hù)上位機交流，并按上位機要求，控制驅動(dòng)放大器實(shí)現電機的受控運動(dòng)。

 

　　為了讓用戶(hù)上位機能專(zhuān)注于高層次的控制工作，運動(dòng)控制器必須具備足夠的智能。關(guān)于運動(dòng)控制模塊的功能和原理涉及較為復雜的控制技術(shù)，此處從簡(jiǎn)。這兒介紹與用戶(hù)切身相關(guān)的通訊模塊。多數情況下，運動(dòng)控制器負責實(shí)現用戶(hù)指令。指令的傳遞涉及軟件(協(xié)議、指令結構)和硬件。硬件類(lèi)似前面例子中的電話(huà)機/線(xiàn)，PC機/網(wǎng)線(xiàn)等。協(xié)議(電話(huà)還是電郵)定了，硬件也就基本定了。指令結構好比說(shuō)話(huà)的語(yǔ)法結構，白話(huà)文結構，文言文結構等，雙方聽(tīng)懂就好。

 

　　目前工業(yè)常用協(xié)議有RS232，RS485，CAN 等。RS232最簡(jiǎn)單，但抗干擾差，傳輸距離短。RS485和RS232差不多簡(jiǎn)單，抗干擾略強，傳輸距離較長(cháng)。CAN總線(xiàn)協(xié)議以其高速(1百萬(wàn)比特率)、長(cháng)距離(1萬(wàn)米)、高抗干擾的特點(diǎn)，被國外廣泛用于汽車(chē)(發(fā)動(dòng)機、傳感和電控系統等)、自動(dòng)化制造、交通管理等干擾信號嚴重，攸關(guān)人身安全的場(chǎng)合。CAN總線(xiàn)只需兩根導線(xiàn)即可組成網(wǎng)絡(luò )。其網(wǎng)絡(luò )結構類(lèi)似節日彩燈，從頭到尾總共兩根電源線(xiàn)卻掛幾百盞燈。CAN協(xié)議保證不會(huì )發(fā)生節點(diǎn)為爭奪總線(xiàn)而撞車(chē)。但是CAN協(xié)議相對復雜，不易掌握。
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