步进电机闭环控制系统方案

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步进电机控制方案 dsp

步进电机控制方案 dsp

步进电机控制方案 DSP简介步进电机是一种常用的电动机类型,适用于需要精确定位和高扭矩输出的应用场景。

与其他电机类型相比,步进电机具有较高的位置控制精度和较低的成本。

本文旨在介绍一种基于DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)的步进电机控制方案,以实现精确的步进电机控制。

DSP介绍DSP是一种专门用于数字信号处理的芯片或系统。

其优势在于能够高效地进行信号处理、算法运算和数据处理。

DSP芯片通常带有多个高性能的计算核心和丰富的外设接口,适用于各种实时应用。

在步进电机控制方案中,使用DSP作为控制器可以实现高精度的位置控制和快速响应。

步进电机控制原理步进电机是一种需要以离散的步进角度进行控制的电机。

其控制原理基于电机内部的定子和转子之间的磁场交互作用。

步进电机的转子通过电流驱动产生磁场,定子通过相序切换实现转子的转动。

控制步进电机的关键是准确控制相序的切换和电流的驱动。

基于DSP的步进电机控制方案可以通过以下步骤实现:1.位置规划:根据实际需求,确定步进电机需要旋转到的位置。

这可以通过输入命令、传感器反馈或计算算法等方式得到。

2.相序切换:根据位置规划,确定相序的切换顺序。

相序切换是通过控制电机驱动器中的逻辑电平来实现的。

DSP通过输出控制信号控制驱动器的相序切换,从而实现电机的转动。

3.电流驱动:根据步进电机的特性和要求,确定合适的电流驱动参数。

通过DSP输出的PWM(Pulse Width Modulation,脉宽调制)信号和驱动电路,实现对电机相线施加准确的电流驱动。

4.反馈控制:根据应用需求,添加合适的反馈控制机制来实现闭环控制。

常见的反馈控制方式包括位置反馈、速度反馈和力矩反馈等。

DSP步进电机控制方案的优势相比传统的微控制器或PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)控制方案,基于DSP的步进电机控制方案具有以下优势:•高性能:DSP芯片具有强大的计算能力和实时性能,可以实现复杂的控制算法和快速响应。

基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统设计

基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统设计

基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统设计一、引言在现代自动化控制系统中,步进电机广泛应用于各种精密定位和定量控制需求的场景。

步进电机的控制涉及到位置的精确定位和稳定性的维持,这就需要一个有效的闭环控制系统来实现。

PID控制器被广泛应用于步进电机的闭环控制系统设计中,本文将探讨基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统的设计原理和实现方法。

二、步进电机简介步进电机是一种特殊的直流电动机,通过控制脉冲信号的频率和顺序来实现精确控制。

步进电机的圆周分为若干等角度的步进角,每个步进角对应一个旋转角度,这使得步进电机在控制方面更加便捷和精确。

由于步进电机无需传感器反馈,因此常用于定量控制和精确位置控制的场合。

三、PID控制器原理PID控制器是一种经典的闭环控制器,其由比例(P)、积分(I)、微分(D)三个部分组成。

比例控制决定输出与偏差的比例关系,积分控制消除系统稳态误差和提高系统的响应速度,微分控制用于抑制系统对于负荷变化的敏感性。

PID控制器采用反馈控制策略,利用实际输出和期望输出之间的偏差来调整控制量。

四、步进电机位置闭环控制系统设计步进电机的位置闭环控制系统设计基于PID控制器。

首先,需要传感器来获得实际位置信息,然后与期望位置进行比较以获取偏差。

接下来,将偏差作为输入,经过PID控制器计算出控制量,并输出给步进电机驱动器。

步进电机驱动器根据控制量控制步进电机的旋转,从而实现位置的精确控制。

五、传感器选择为了获取步进电机的实际位置信息,需要选择合适的传感器。

常用的传感器包括光电编码器和霍尔传感器。

光电编码器具有高精度和高分辨率的特点,但价格较高;霍尔传感器则具有较低的价格和较高的可靠性,但分辨率较低。

根据具体需求和预算可选择合适的传感器。

六、PID参数调整PID控制器的性能很大程度上取决于参数的选择。

比例参数决定了响应的速度和稳定性,过大的比例参数会导致系统震荡,过小则导致响应速度慢;积分参数消除稳态误差,过大的积分参数会导致系统震荡,过小则无法消除稳态误差;微分参数能够抑制系统对负荷变化的敏感性,过大的微分参数会导致系统噪声,过小则无法起到抑制作用。

步进电机的开环控制和闭环控制

步进电机的开环控制和闭环控制

步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向,掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。

因此,步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。

图为开环步进电动机掌握系统框图,系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。

2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下,转过一个相应的步距角,因而只要掌握肯定的脉冲数,即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。

但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作,这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。

实现环形安排的方法有两种。

一种是计算机软件安排,采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。

这种方法能充分利用计算机软件资源,以削减硬件成本,尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。

但由于软件运行会占用计算机的运行时间,因而会使插补运算的总时间增加,从而影响步进电动机的运行速度。

另一种是硬件环形安排,采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。

采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件(如触发器、规律门等)构成,特点是体积大、成本高、牢靠性差。

2、步进电机的微机掌握:目前,伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式,其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。

这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比,具有下列优点:(1)能明显地降低掌握器硬件成本。

速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现,硬件费用会变得很廉价。

体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。

(2)可显著改善掌握的牢靠性。

集成电路和大规模集成电路的平均无故障时(MTBF)大大长于分立元件电子电路。

(3)数字电路温度漂移小,也不存在参数的影响,稳定性好。

基于X—Y工作平台的步进电机闭环控制系统

基于X—Y工作平台的步进电机闭环控制系统
中 图 分 类 号 :T 8 . ; M3 36 7 +. l 4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :10 —8 8 2 1 ) 10 0 .3 0 164 (0 O 0 —130
S e o o o e - o n r lS se Ba e Y o i n P a f r t p M t r Cl s d l p Co t o y t m s d On X- M t l to m o o
的运动状态反馈给单 片机 ,单片机根据设定程序对两个方 向的步进 电机进 行 闭环控制。通过将 容栅传
感器输出的串 行信号转换成并行信号的方法,方便地实现了单片机对容栅传感器输出信号的处理。试
验证 明,这 种控制方法能实现工作平 台的精确定位 ,具有较高 的实用ห้องสมุดไป่ตู้值。
关键词:步进 电机 ;单片机;容栅传感器 ;闭环控制
Ab t a t I r e o r aie t e a c r t i tc n r lo he X —Y to l t r , usn h a a i s r c : n o d rt e z h c u ae pon o to ft l mo in p a o m f i g te c p e— tv e s ra h o i o t cin s g n . Th a c t e s ns rf e st e p a o m’ st ai n ba k t ie s n o s t e p st n dee to e me t i e c pa i v e o e d h l t r S iu t c o i f o t e sn l hi i l Ot a ie to tr a e co e l o o toe y t e sn l h p h o h h i ge c p t mey S h tt d r cin mo o sc n b ls d—o p c n r ld b h i ge c i st rug wo t e s t d p o r m. Th i g e c i a r c s h e a ina u p tn r m a a i v e s r e sy h et r g a e e sn l h p c n p o e s t e s r lsg lo t u i g fo c p ct e s n o a l i i t r u h meh d o r n fr i g s ra i a o p r llS g 1 T sc n r li t o s p o e o b h o g t o fta so m n e lsg lt a a e ina . hi o to l i n l ng me h d wa r v d t e

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统几种典型的步进电机闭环控制系统哈尔滨工业大学【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点,给出了几种典型的闭环控制系统,并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。

【叙词】步进电机闭环系统/高精度定位l概述步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一,是一种性能良好的数字化执行元件。

它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移,是一种离散型自动化执行元件。

随着计算机控制系统的发展,步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中,是高科技发展的一个重要环节。

2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1-步进电机的主要优点之一是适于开环控制。

在开环控制下,步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制,控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。

这种线路具有简单、费用低的特点,使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。

c.闭环控制下,效率一转矩曲线提高。

d.采用闭环控制,可得到比开环控制更高的运行速度,更稳定、更光滑的转速。

e.利用闭环控制,步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。

f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价,可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出:式中n-步进电动机转换拍数(N>n)g.应用闭环驱动,效率可增到7.8倍,输出功率可增到3.3倍,速度可增到3.6倍。

闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。

步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。

因此,在可靠性要求很高的位置控制系统中,闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。

3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式,图1是其原理示意图。

初始状态,系统受一相或几相激磁而静止。

开始工作后,先把目标位置送入减法计数器;然后,“起动”脉冲信号加到控制单元上,控制单元在“起动”脉冲的作用下,立即把步进命令送入相序发生器,使激磁变化一次,后续的脉冲则由编码器装置产生。

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统
步进电机基本上以开环电路驱动,用于位置控制。

换句话说,步进电机以外的电机尤其是高精度的步进电机之外并没有做开环控制定位的,而用开环电路驱动的电机只有步进电机。

例如无刷电机,首先为切换相,需要测出转子位置,需要含位置传感器的位置闭环电路。

而且如果按一定速度驱动,需测出转子的速度,此为速度闭环电路;如果想定位控制,需要含有转子位置信号的编码器等传感器的闭环电路。

与开环驱动的步进电机相比较,含传感器的闭环电路成本较高。

因此,步进电机被称为速度控制或位置控制的低成本驱动系统。

步进电机的开环电路驱动在高速转动时,有失步、振动(噪声)以及高速运行困难等问题。

为了弥补这些缺点,步进电机安装角度传感器,形成闭环控制,用以检测并避免失步。

步进电机的闭环控制方式大致分为两种:
使激磁磁通与电流的相位关系保持一致,使其产生能带动负载转矩的电磁转矩,这种控制电机电流的方式与无刷直流电机控制方式相同,称为无刷驱动方式或电流闭环控制方法。

电机电流保持一定,控制激磁磁通与电流相位角的方式,称为功率角闭环控制方法。

功率角为转子磁极与定子激磁相(或认为是同步电机的定子旋转磁场轴线也可以)相互吸引所成的相位角。

此功率角在低速时或轻载时较小,高速时或高负载时较大。

引用前文开环控制的原理部分中的下图所示,“杠A”相吸引转子磁极,其次“杠B”相激磁时的角度有π/2,转子磁极位于“杠A”相前缘(图中转子的S极位于A相的左侧)时,使磁极“杠B”相开始激磁。

为什么?因为高速时,受线圈电感的影响,使A相电流的关断时间延长,B相电流上升时间也延长,因此,产生最大转矩加速
的角度,其值随速度变快而变大。

步进电机得闭环控制方法

步进电机得闭环控制方法

步进电机得闭环控制方法
步进电机的闭环控制方法是通过检测电机的实际位置或速度,并将其与期望的位置或速度进行比较,然后调整电机的控制信号,以实现更精确的控制。

以下是一些常见的步进电机闭环控制方法:
1. 编码器反馈:在电机轴上安装编码器,通过检测编码器的输出信号,可以实时获取电机的位置和速度信息。

然后将这些信息反馈给控制器,控制器根据反馈信号调整电机的控制信号,以实现精确的位置和速度控制。

2. 霍尔传感器反馈:在电机转子上安装霍尔传感器,通过检测霍尔传感器的输出信号,可以获取电机的位置信息。

然后将这些信息反馈给控制器,控制器根据反馈信号调整电机的控制信号,以实现精确的位置控制。

3. 反电动势反馈:在电机绕组中产生的反电动势可以反映电机的转速信息。

通过检测反电动势的大小和相位,可以获取电机的速度信息。

然后将这些信息反馈给控制器,控制器根据反馈信号调整电机的控制信号,以实现精确的速度控制。

4. 无传感器闭环控制:这种方法不需要安装额外的传感器,而是通过检测电机的相电流和相电压,以及计算电机的磁链和转矩,来实现对电机的闭环控制。

这种方法需要复杂的控制算法和信号处理技术,但可以实现高精度的位置和速度控制。

在实际应用中,选择哪种闭环控制方法取决于具体的应用需求和
系统成本等因素。

步进电机控制方法

步进电机控制方法

步进电机控制方法步进电机是一种常见的电动执行器,广泛应用于各个领域的控制系统中。

它具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点,是现代自动化控制系统中必不可少的重要组成部分。

本文将从基本原理、控制方法、应用案例等方面对步进电机进行详细介绍。

1. 基本原理步进电机是一种通过输入控制信号使电机转动一个固定角度的电机。

其基本原理是借助于电磁原理,通过交替激励电机的不同线圈,使电机以一个固定的步距旋转。

步进电机通常由定子和转子两部分组成,定子上布置有若干个线圈,而转子则包含若干个极对磁体。

2. 控制方法步进电机的控制方法主要包括开环控制和闭环控制两种。

开环控制是指根据既定的输入信号频率和相位来驱动电机,控制电机旋转到所需位置。

这种方法简单直接,但存在定位误差和系统响应不稳定的问题。

闭环控制则是在开环控制的基础上,增加了位置反馈系统,通过不断校正电机的实际位置来实现更精确的控制。

闭环控制方法相对复杂,但可以提高系统的定位精度和响应速度。

3. 控制算法控制步进电机的常用算法有两种,一种是全步进算法,另一种是半步进算法。

全步进算法是指将电流逐个向电机的不同线圈通入,使其按照固定的步长旋转。

而半步进算法则是将电流逐渐增加或减小,使电机能够以更小的步长进行旋转。

半步进算法相对全步进算法而言,可以实现更高的旋转精度和更平滑的运动。

4. 应用案例步进电机广泛应用于各个领域的控制系统中。

例如,在机械领域中,步进电机被用于驱动数控机床、3D打印机等设备,实现精确的定位和运动控制。

在医疗设备领域,步进电机被应用于手术机器人、影像设备等,为医疗操作提供准确定位和精确运动。

此外,步进电机还广泛应用于家用电器、汽车控制、航空航天等领域。

总结:步进电机作为一种常见的电动执行器,具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点,在自动化控制系统中扮演着重要的角色。

通过本文的介绍,我们了解到步进电机的基本原理、控制方法、算法以及应用案例等方面的知识。

步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制

步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制

步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。

虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机,交流电机在常规下使用。

它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。

随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。

步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分;
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电;高低电压控制在单电压控制的基础上,用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通,两个开关串联,两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。

达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。

步进电机的开环控制和闭环控制步进电机的开环控制
1、步进电机开环伺服系统的一般构成
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向,控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。

因此,步进电机控制系统一般采用开环控制方式。

图为开环步进电动机控制系统框图,系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。

2、步进电机的控制器
1、步进电机的硬件控制
步进电动机在个脉冲的作用下,转过一个相应的步距角,因而只要控制一定的脉冲数,即。

步进电机(实时补偿型)闭环控制器 说明书

步进电机(实时补偿型)闭环控制器 说明书

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步进电机 (实时补偿型) 闭环控制器使用手册 Version 1.08
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步进电机 (实时补偿型) 闭环控制器使用手册 Version 1.08
2、特点:
a 安全性高。 b 可仅当数显屏使用。 c 参数设置及调试简单。 d 防止步进电机失步和过冲。 e 能与上位机通讯,报告电机工作状态。 f 输入和输出能选择单脉冲或双脉冲的工作方式。 g 有左右限位功能,并且能自动退出被限位的状态。 h 根据工作的情况可以大幅提高步进系统的运行速度和效率。 i 输入和输出为差分端口,可以适应共阴或共阳的接法。 j 通过自带的按钮可以对显示值进行清零、分中和移动到零的操作。 k 在电机运转过程中,能即时的对丢失的脉冲进行高速补偿或反补偿。 l 节约能源和资源(选用更小尺寸的步进电机和电流达到同样的效果) 。 m 步进电机加、减速更为迅速,对升、降速曲线要求低,甚至完全不需要。 n 能配合现有的任何步进电机和电机驱动器(两相、三相、五相电机系统) 。 o 自带 8 位数码管显示,能自由的设定系数,转换成当前坐标位置并动态显示。 p 当步进电机被外力堵转或行程开关被撞到能对外输出报警信号并发出声、光提示。 q 既能适应增量式编码器,又能与光栅电子尺配合构成全闭环控制,得到更好的定位精度。 r 通过自带的按钮可以让机床进入手动操作状态,同时也可以对显示值进行清零和分中的操作。 s 控制器能自动的调整电机转速适应机械系统中不确定的阻力点并且通过它, 不会让电机被堵转。 t 电机在运转中或静止时,即使受到外力强力干预,外力撤除后,电机依然会自动恢复原来的运 行状态和坐标位置,零位永远不会偏移。

步进电机闭环控制原理

步进电机闭环控制原理

步进电机闭环控制原理步进电机是一种特殊的电动机,它能够按照一定的步长进行旋转运动。

而步进电机的闭环控制原理则是指通过反馈信号来控制步进电机的旋转角度,使其能够精确地到达指定的位置。

本文将详细介绍步进电机闭环控制原理及其应用。

步进电机闭环控制的基本原理是通过将旋转角度的反馈信号与控制信号进行比较,从而调整控制信号的大小和方向,使得步进电机能够准确地旋转到目标位置。

在步进电机闭环控制系统中,通常包含步进电机、编码器、控制器和驱动器等组成部分。

步进电机通过驱动器接收控制信号,驱动器将电流信号转换为电压信号,并通过电流来驱动步进电机。

控制器则负责生成控制信号,控制步进电机按照指定的步长旋转。

然后,编码器会监测步进电机的旋转角度,并将反馈信号传递给控制器。

控制器会将编码器的反馈信号与设定的目标位置进行比较,如果两者不一致,则控制器会调整控制信号的大小和方向,使步进电机向目标位置旋转。

通过不断地比较和调整,步进电机最终能够准确地旋转到指定的位置。

步进电机闭环控制原理的优势在于能够实现高精度的位置控制。

由于步进电机的旋转角度是离散的,因此在开环控制下,无法保证步进电机的旋转角度与指定位置完全一致。

而闭环控制通过不断地调整控制信号,能够实现更高的旋转精度。

步进电机闭环控制还具有反馈补偿的功能。

在闭环控制系统中,编码器的反馈信号可以实时地监测步进电机的旋转情况,一旦发现异常,控制器可以及时调整控制信号,使步进电机能够恢复到正常运转状态。

这种反馈补偿的功能能够提高步进电机的可靠性和稳定性。

步进电机闭环控制在许多领域中得到了广泛的应用。

例如在机器人领域,步进电机闭环控制能够实现机械臂的精确定位和运动控制;在自动化生产线上,步进电机闭环控制可以实现产品的自动装配和定位;在医疗设备中,步进电机闭环控制可以实现精确的图像采集和定位等。

步进电机闭环控制原理通过比较旋转角度的反馈信号和控制信号,实现了步进电机的精确旋转和位置控制。

步进电机闭环细分驱动控制系统设计_宋鸿飞

步进电机闭环细分驱动控制系统设计_宋鸿飞

步进电机闭环细分驱动控制系统设计摘要:介绍了螺纹非接触光电测试系统中步进电机闭环细分控制系统的设计,并结合系统要求对抗干扰性和稳定性进行深入研究。

文中对步进电机的特性与系统的性能相互关系进行了论述,在此基础上提出了可行的系统设计方案,给出了基于TA8435专用芯片的细分驱动设计电路,对系统抗干扰性和稳定性设计提出了具体解决办法,硬件设计中采用了传感器反馈的全伺服控制方法,软件上采用升频离散化处理,很好的解决了步进电机在高速启停过程中的堵转和丢步现象,提高了系统的稳定性和精度。

关键词:闭环控制;细分驱动;升频离散化中图分类号:TP216文献标识码:A文章编号:1672-9870(2008)02-00093-03收稿日期:200716基金项目:国家863计划资助项目作者简介:宋鸿飞(1980角,并依靠电磁力锁定转轴在一定的位置上。

因此在定位精度不高的场合下,一般的步进系统都采用开环控制。

但由于步进电机固有的低频共振,高频扭矩小引起的失步和机械结构等因素的影响,都会造成实际位移值偏离指令设定值。

因此在高定位精度的场合下,没有闭环反馈就无法知道电机是否丢步或过步,系统无法对其进行有效校正和补偿,导致不能准确定位。

在步进系统中引入检测环节并对其进行闭环控制,可从根本上解决步进系统的定位精度问题,将使其性能大大提高。

步进电机的闭环控制可采用各种不同的方法,其中包括步校验、无传感器反电动势检测和有传感器反馈的全伺服控制。

1系统构成本电机系统设计应用精密在螺纹非接触光电测试系统中,两相步进电机通过精密滚珠螺杆把电机的轴角运动转化成直线位移运动,带动负载平台及上边安装的测试系统在螺管内部进行直线运动,实现对螺纹的实时检测。

由于螺纹检测属于精密检测,对精密位移台的定位精度、速度范围和速度稳定性提出了很高的要求,因此步进电机采用开环控制方式是达不到系统的指标要求的,针对系统的要求步进电机要采用闭环细分控制方式。

电机控制系统设计采用有传感器反馈的全伺服控制方法。

闭环步进电机的工作原理

闭环步进电机的工作原理

闭环步进电机的工作原理
闭环步进电机的工作原理是基于感知和控制系统的闭环反馈原理。

闭环步进电机包含一个定位系统,通过该系统可以实时感知电机的位置和转速,并将这些信息反馈给控制器。

闭环步进电机的主要组成部分包括步进电机、位置传感器、控制器和驱动器。

位置传感器可采用编码器、霍尔传感器等方式,用于检测电机的转子位置。

控制器则根据传感器反馈的位置信息与目标位置之间的差距,计算出实时的误差信号,并通过控制算法对电机进行调整。

当接收到目标位置信号后,控制器会根据误差信号计算出电机应该前进还是后退,以及需要的步进角度。

然后,控制器将计算得到的控制信号发送给驱动器,驱动器通过适当的方式向电机提供正确大小和频率的电流,从而控制电机的旋转角度和速度。

通过不断地反馈和调整,闭环步进电机可以准确地达到预定的位置,并且具有较高的定位精度和稳定性。

这种工作原理使得闭环步进电机在一些对位置控制要求较高的应用领域,如自动化设备、医疗器械、机器人等方面得到广泛应用。

闭环步进电机工作原理

闭环步进电机工作原理

闭环步进电机工作原理
闭环步进电机是在传统的开环步进电机的基础上加入了反馈系统,以实现对电机运动的更为准确的控制。

以下是闭环步进电机的工作原理:
1. 步进电机基础:步进电机是一种特殊的直流电动机,它按步进角度运动,每个步进角度对应电机的一个步进。

传统的开环步进电机是通过控制电流和脉冲信号来驱动电机,但它没有反馈系统,无法主动感知实际转动情况。

2. 闭环控制系统:闭环步进电机引入了位置反馈装置,如光电编码器或霍尔效应传感器。

这个反馈系统能够实时感知电机的位置,并将这个信息反馈给控制器。

3. 位置控制:控制器根据预定的位置和实际的位置之间的差异,计算出误差,并通过调整相应的控制信号来纠正误差。

这种反馈机制使得闭环步进电机在运动过程中可以更加准确地达到目标位置。

4. 电流控制:闭环步进电机还可以通过控制电流来调整电机的力矩,以适应负载的变化。

这可以提高电机的运动平稳性和负载能力。

5. 速度控制:通过对位置信息的连续监测,闭环步进电机也可以实现速度控制。

控制器可以调整脉冲信号的频率,使电机以稳定的速度运动。

6. 实时响应:由于闭环步进电机能够实时感知位置并纠正误差,它具有更高的实时响应性。

这在一些对运动精度要求较高的应用中非常重要。

总体来说,闭环步进电机通过引入位置反馈系统,使得电机在运动中能够更加精确地控制位置、速度和电流,提高了运动的稳定性和准确性。

这使得闭环步进电机在一些对精度要求较高的应用中得到广泛应用,如精密仪器、医疗设备等。

步进电机控制方法详解

步进电机控制方法详解

步进电机控制方法详解
步进电机是一种电动机,能够将电脉冲转换为机械位移,具有精准定位、无需传感器反馈等优点,在许多行业中得到广泛应用。

步进电机的控制方法多种多样,包括开环控制和闭环控制两种基本方式。

1. 开环控制
开环控制是最简单直接的步进电机控制方法之一。

通过控制每次输入的脉冲数量和频率来控制电机旋转的角度和速度。

开环控制不需要反馈系统,因此结构简单、成本低廉,适用于一些简单的应用场景。

但是开环控制无法实时纠正误差,容易受到外部因素干扰,精度相对较低。

2. 步进电机控制方法详解
在现代步进电机应用中,闭环控制方式更为常见。

闭环控制通过在电机上添加编码器或传感器,实时监测电机的位置、速度和加速度等参数,将这些信息反馈给控制系统,从而动态调整控制电流和脉冲信号,确保电机的运动精准稳定。

闭环控制能够有效消除误差和震动,提高系统的响应速度和稳定性,适用于对精度要求较高的场合。

3. 如何选择合适的控制方法
在选择步进电机控制方法时,需要根据具体应用场景和要求来进行判断:
•如果是一些简单的定位任务,对精度要求不高,可以选择开环控制方法,简单易行。

•如果是需要高精度、高速度的精密定位任务,或是需要长时间稳定运行的场合,建议选择闭环控制方式,确保系统的稳定性和可靠性。

综上所述,步进电机的控制方法多种多样,开环控制和闭环控制各有优劣。

在实际应用中,应根据具体需求来选择合适的控制方式,以达到最佳的控制效果。

步进电机作
为一种重要的执行元件,在自动化控制系统中具有重要的地位和作用,不断推动着工业自动化技术的发展。

闭环控制步进电机

闭环控制步进电机

引言概述:
闭环控制是一种控制系统,能够实时监测反馈信号,并根据反馈信息自动调整输出信号以达到所需的控制目标。

步进电机是一种常见的电机类型,其特点是高精度、高可靠性和低噪声等。

本文将详细介绍闭环控制步进电机的原理、应用场景和优势。

正文内容:
1.原理介绍:
1.1步进电机基本原理
1.2闭环控制原理
1.3闭环控制步进电机的工作原理
2.闭环控制步进电机的应用场景:
2.1CNC机床
2.2三维打印机
2.3自动化生产线
2.4医疗设备
2.5智能家居
3.闭环控制步进电机的优势:
3.1高精度控制
3.2高速运动能力
3.3节能环保
3.4抗干扰能力强
3.5灵活性和可编程性
4.闭环控制步进电机的实现方法:
4.1编码器反馈
4.2位置检测传感器
4.3PID控制算法
4.4控制器选择
5.闭环控制步进电机的未来发展趋势:
5.1更高的精度和速度
5.2更小的尺寸和重量
5.3更低的功耗
5.4集成化和智能化
5.5高效的能源利用和环境保护
总结:
闭环控制步进电机具有高精度、高速运动能力、节能环保和抗干扰能力强等优势。

它在各种领域中得到广泛应用,如CNC机床、三维打印机、自动化生产线、医疗设备和智能家居等。

随着技术的
不断进步,闭环控制步进电机在未来将越来越小巧、高效和智能化,为各种应用领域带来更多创新和便利。

闭环步进电机控制

闭环步进电机控制

闭环步进电机控制----TRINAMIC和IMS在闭环步进控制中的不同方案大家都很熟悉的传统的步进电机控制方式,如果采用了反馈装置或者无传感器控制方式,将可以为那些对安全性、可靠性和精度有较高要求的运动控制应用提供更经济的选择。

大部分基于步进电机的运动系统运行在开环状态下,因此能够提供低成本的解决方案。

实际上,步进系统是唯一的一个不需反馈就具备位置控制能力的运动技术。

但是当步进电机以开环方式驱动负载时,在指令步和实际步之间存在失去同步的潜在可能性。

闭环控制作为传统步进运动控制的补充,为需要更高安全性、可靠性或产品质量要求的应用提供了高性价比的选择。

反馈装置或某种间接参数检测方式在这类步进系统中“闭合了回路”,以校验/控制失步、检测电机堵转,并保证了更大的有效力矩输出。

最近,步进闭环控制(CLC)在实现智能分布式运动体系结构方面也发挥了作用。

可行的闭环控制方法及其优点有几种技术目前可实现对步进电机位置、速度和/或力矩的闭环控制。

按照可控性的程度递增排列,这些技术包括:计步、反电动势(emf)检测和全伺服控制。

以下几条是罗列采用闭环步进控制的理由与适用场合:●无需进行参数调整;系统很容易建立,一般可以做到免维护。

●在连续移动中允许利用断点触发摄像机或数据采集设备。

●控制位置过冲,在某些场合这种过冲是不允许的,例如纳米制造或半导体加工●在运动结束时纠正位置偏差TRINAMIC和IMS公司在闭环步进控制中都有自己独特的技术,特别是TRINAMIC公司在开发的驱动芯片TMC246,TMC249和TMC223 中中植入了TRINAMIC的专利技术 StallGuard该功能就是利用反电动势(EMF)来实现力矩控制,检测电机负载,预防丢步个人认为步进电机的简单、廉价使它成为对负载进行定位控制的理想选择,使用步进电机的原因包括:操作简单(通常在开环状态下使用);由于可接受数字脉冲输入而变得易于与其他设备接口;成本低廉,因为一般不需要反馈装置。

tb6600闭环控制程序设计 -回复

tb6600闭环控制程序设计 -回复

tb6600闭环控制程序设计-回复tb6600闭环控制程序设计是指在工业自动化控制系统中使用tb6600驱动器来实现闭环控制的程序设计。

tb6600是一种高性能的步进电机驱动器,常用于控制步进电机的转动。

通过将tb6600与闭环控制系统相结合,可以实现对步进电机的精确控制和位置反馈。

本文将一步一步介绍如何进行tb6600闭环控制程序设计,帮助读者了解这一过程的基本步骤和技术要点。

首先,我们需要准备好进行tb6600闭环控制的硬件设备。

除了tb6600驱动器和步进电机外,还需要一个位置传感器来提供步进电机的位置反馈。

常用的位置传感器包括编码器和霍尔传感器。

我们需要将位置传感器与tb6600驱动器相连接,并确保传感器可以准确地检测步进电机的位置。

接下来,我们需要了解tb6600闭环控制的基本原理。

tb6600闭环控制是一种反馈控制系统,通过不断地检测步进电机的位置并与目标位置进行比较,控制系统可以根据误差信号来调整步进电机的驱动信号,从而使步进电机准确地运动到目标位置。

这种反馈控制系统可以大幅度提高步进电机的精度和稳定性。

在程序设计方面,我们可以使用一种简单、易于理解的方法来实现tb6600闭环控制。

首先,我们需要编写一个主循环程序,用于不断检测反馈信号、计算误差并发送驱动信号。

我们可以使用Arduino等平台来编写这个主循环程序。

在主循环程序中,我们需要初始化tb6600驱动器,并配置驱动器的参数,如电流限制、加减速度等。

接下来,我们需要编写一个函数来读取步进电机的位置反馈信号。

这可以通过读取位置传感器的数值来实现。

在读取位置传感器数值的过程中,我们可以采用模拟或数字信号处理方法来滤除噪声,以保证得到准确的位置信息。

然后,我们需要编写一个函数来计算步进电机的误差信号。

这可以通过将目标位置与当前位置进行比较来实现。

我们可以使用PID控制算法来计算误差信号,并根据误差信号来调整步进电机的驱动信号。

最后,我们需要编写一个函数来发送驱动信号给tb6600驱动器。

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几种典型的步进电机闭环控制系统工业大学【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点,给出了几种典型的闭环控制系统,并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。

【叙词】步进电机闭环系统/高精度定位l概述步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一,是一种性能良好的数字化执行元件。

它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移,是一种离散型自动化执行元件。

随着计算机控制系统的发展,步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中,是高科技发展的一个重要环节。

2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1-步进电机的主要优点之一是适于开环控制。

在开环控制下,步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制,控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。

这种线路具有简单、费用低的特点,使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。

但是,步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点,即共振、振荡、失步和难以实现高速。

另一方面,开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的,其定位精度比较低。

因此,在精度和稳定性标准要求比较高的系统中,就必须果用闭环控制系统。

步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和(或)速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换,可大大改进步进电动机的性能。

在闭环控制的步进电机系统中,或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时,扩大工作速度围,或可在给定速度下提高跟踪和定位精度,或可得到极限速度指标和极限精度指标。

步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比,具有如下优点:a.随着输出转矩的增加,二者的速度均以非线性形式下降,但是,闭环控制提高了矩频特性。

b.闭环控制下,输出功率/转矩曲线得以提高,原因是,闭环下,电机励磁转换是以转子位置信息为基础的,电流值决定于电机负载,因此,即使在低速度围,电流也能够充分转换成转矩。

c.闭环控制下,效率一转矩曲线提高。

d.采用闭环控制,可得到比开环控制更高的运行速度,更稳定、更光滑的转速。

e.利用闭环控制,步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。

f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价,可借助比较Ⅳ步通过某个路径间隔的时间得出:式中n-步进电动机转换拍数(N>n)g.应用闭环驱动,效率可增到7.8倍,输出功率可增到3.3倍,速度可增到3.6倍。

闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。

步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。

因此,在可靠性要求很高的位置控制系统中,闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。

3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式,图1是其原理示意图。

初始状态,系统受一相或几相激磁而静止。

开始工作后,先把目标位置送入减法计数器;然后,“起动”脉冲信号加到控制单元上,控制单元在“起动”脉冲的作用下,立即把步进命令送入相序发生器,使激磁变化一次,后续的脉冲则由编码器装置产生。

编码器每产生一个脉冲,就对法计数器减1,因而,减法计数器记录的是实际的转子位置。

当减法计数器的计数减至零时,发出一个停止信号到控制单元,禁止以后的步进命令,系统停止工作。

对于低分辨率的步进电动机,通常使用一个开了槽的圆盘和光电传感器作为反馈编码器的组合件,如图2所示,槽口的数目等于电机每转所走的步数。

对于高分辨率的步进电劭机,则需采用高分辨率的增量编码器,如旋转变压器增量编码器,感应同步器增量编码器等。

由于反馈编码器价格昂贵,而且为了把编码器安放到步进电动机的轴上,要求系统具有更大的体积,这二大缺陷限制了编码器形式的步进电动机闭环控制系统的应用。

4波形检测形式的步进电动机闭环控制系统波形检测形式的步进电机闭环控制系统的原理是通过对步进电动机相电流或绕组反电势(或绕组反电势所引起的电流)的检测,间接得到转子位置信息,反馈到控制单元产生控制脉冲,控制步进电动机运动。

图3是其原理图。

波形检测器是由简单的电子线路构成,价格便宜,如果需要,可直接安装在控制器逻辑线路中,步进电动机不需附加的机械连接。

4.1利用电流检测的步进电动机闭环控制系统用电流检测的步进电机闭环控制是基于某些反应式步进电动机的相电流在一定速率围出现正的或负的极值这一概念进行的。

对系统加初始起动脉冲,电机起动,当相电流出现极值的瞬间,波峰检测线路瞬时产生一个脉冲或者定时信号,反馈给控制单元,作为后续脉冲,实现了步进电动机的闭环控制。

值得注意的是,电机导通相电流和截止相电流均可能出现若干个波峰,应在哪一种状态下进行检测,可根据电机的实际运行确定。

如图4所示,电流检测可通过在电流回路中插入一个已知阻值的小电阻,测量电流通过时的电压实现。

波峰检测线路一般均采用模拟微分法,波峰用di/dt经过零值表示。

检测原理图如图5所示。

4.2利用反电势检测的步进电动机闭环控制系统永磁步进电动机利用反电势检测的闭环控制系统具有其优越性。

一台永磁步进电动机从实质上讲,就是一台交流两相同步电动机,可用图6所示的模墅描述。

相绕组的电压方程可表示成:式中L——回路电感R——回路电阻Ii——相电流θ——转子角位移N——转子齿数K——转矩常数Ei——加在第i相上的电压在电压方程里,-KsinNθ.θ和KcosNθ.θ是由于电机旋转时在绕组中产生的反电势。

转子位置信号体现在反电势的相位上(sinNθ和cosNθ)。

转子的速度可由反电势的幅值得出或根据反电势的频率计算。

因此,从反电势中,可得到足够的控制电机性能的信步进电动机的闭环控制系统号。

由于步进电动机绕组中的反电势反映了转子的角位置和角速度,因此,构成反馈的关键是重新得到反电势波形,以便对其进行检测,产生后续脉冲。

重现反电势波形的方法有两种:a.辅助线圈法辅助线圈法的原理如图7所示,这个图示出的仅是1相的回路,检测线圈对绕在定子极上,检测线圈产生的电压可写成:变压器的初级线圈与定子绕组相串联,次级线圈的感应电压可写成:设计咒值和Mi值使其满足关系式nL=M1,则电压V1可写成:这意味着1相中的反电势可在两个相连线圈的两端重现。

2相中的反电势可同样以V2 =nK cosNθ.θ形式检测。

b.逻辑仿真法逻辑仿真法是通过一个运算放大器线路重现绕组中的反电势,利用式(1)可以得到反电势的表达式:图8所示的线路可仿真式(9)右边的3项,其输出即为反电势Vim=KsinNθ·θ。

利用辅助线圈法和逻辑仿真法得到反电势Uim后,就可对反电势波形进行检测。

反电势波形是一正弦波,利用过零比较器,对其正向过零点进行检测,产生脉冲,反馈到控制单元,作为后续脉冲,就可形成闭环控制。

这种反电势检测形式的闭环控制,在低速运行时是很难的,因此,在实际运行时,需要开、闭环结合使用。

4.3利用反电势电流检测的步进电动机闭环控制系统检测由绕组反电势所引起的电流,从而进行闭环控制,是一种线路比较简单的闭环控制方法。

设I为电机一相绕组中的实际电流,Is为堵转时绕组中的电流,Id为二者的差值,它是仅存在反电势时,绕组中的电流,一般称作反电势电流。

在仅考虑绕组外加励磁电压(矩形波)的基波成分是,Id可以写成式中ω——转角角速度(ω=θ)闭环控制所需的反应脉冲可通过Id波形过零检测实现.电流差值信号Id则利用图9所示电路产生无论是采取编码器形式,还是采取波形检测形式,要构成闭环检测,形成后续脉冲.但是,要构成闭环系统,单单能形成后续脉冲还是不过的,还必须能正确地悬着转换角,即选择形成检测脉冲的位置。

5转换角的选择通常转换角小时所产生的稳态转速较高,而且不同运行频率下,能够产生最大(或最小)稳态转矩的转换角是不一样的。

设第K相的稳定平衡位置为靠不稳定平衡位置为阪,励磁位置为θK,则转换角α=θKon -θK,重叠角β=θkoff一θk+lon。

β值一定时,即β=β时,能够产生极值平均转矩的转换角α,可表示成:当α、β均不定时,能够产生极值表示成:一台步进电动机的典型运动过程,包括加速、稳速、减速三个运动区段。

这些运动状态的实现,就是通过转换转角的改变来完成的,从式(15)和式(16),可看出,只要通过速度反馈,适时改变转换角,就能达到整个运动过程的转矩最优控制,提高带载能力,另外,很值得说明的一点是,运动过程的转矩最优控制与运动过程的时间最优控制是一致的。

闭环系统中,改变转换角的方法有脉冲注入法和时间延迟法2种。

所谓脉冲注入法,就是在电机需要加速或减速时,在芷常的脉冲链中加入附加脉冲,使电机的换相顺序发生改变,从而达到改变转换角的目的。

所谓时间延迟法是在反馈器与控制单元之间加入一个时间延迟装置,使反馈器发出换相信号与实际换相之间产生一定的时间间隔。

在有些情况下,为了使控制系统简单化,常常选择一个固定不变的转换角。

这个转换角的选择取决于电机一负载参数和要求走过的距离。

如果目标位置离初始位置没有几步,或者负载惯量很大,则系统不可能加速到高速。

这时主要考虑低速时得到的转矩应大,则系统不可能加速到高速。

这时主要考虑低速时得到的转矩应大,因此,可选择大转换角。

负载位移大时,则情况相反,因为达到最高速度所花的时间比这个最高速度工作所花的时间少,因此,应选择小转换角,低速时的转矩降低,初始加速度小,但这可由比较高的稳态工作速度加以补偿。

6步进电动机的高精度定位系统设想经常作为伺服元件应用于数字控制系统的步进电动机,定位精度是一项基本的要求。

对于一些特殊的高精度系统,如精密分度,精密加工或精密测试系统,普通步进电动机的分辨率及精度都显得不够。

要达到秒级的定位精度。

必须采用精度高的测角元件(感应同步器)作位置传感器构成闭环系统,而且驱动电源也必须采用细分的形式。

图10是这种高精度定位系统的原理框图。

将指令所要求完成的角度作为预置角置入函数变压器,使其原端抽头处于预置位置,感应同步器作为检测元件将角度信号αD送到函数变压器,则函数变压器的输出为:式中R-镇定电阻X-对应匝数为Ⅳf函数变压器总匝数的感抗P-电动机转子齿数当所检测的角度信号与预置角不等时,误差信号E不为零,输入控制电路推动执行机构,直至误差为零,完成角度的精密修正。

函数变压器预置角的改变,亦抽头位置的改变是通过电子开关控制实现的。

高精度定位系统采用感应同步器作为角度检测元件,目前,感应同步器的测角精度可达到峰峰优于“1”的程度。

要完成高精度定位系统的研制还需锯决的一个关键是细分驱动电路。

细分驱动电路有很多形式,如正弦波采样驱动方式、阶梯波驱动穷式、采用脉冲移相电路的模拟电源驱动方式等。

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