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    闭环步进电机控制

    2006-12-28

    传统步进电机控制通常采用反馈设备和非传感方法,是有效的实现带有安全需求、危险状况或高精确度要求的运动应用的方法。 

      大多数基于步进电机的系统,一般都运行在开环状态下,这样可提供一个低成本的方案。 事实上,步进系统可提高位移控制的的性能,且不需要反馈。但是,当步进电机在开环时运行,在命令步幅和实际步幅之间会有同步损耗的可能。 

      闭环控制,是传统步进控制的一个部分,能有效地提供更高地可靠性、安全性或产品质量。在这些步进系统中,反馈设备或间接参数传感方法的闭环能进行校正或控制失步、监测电机停滞,以及确保更大的可用转矩输出。近期,步进电机的闭环控制(CLC)还能帮助执行智能分布运动架构。 

      方法和益处 

      很多技术都可用于获得步进电机的CLC位移、速度和转矩控制。按照可控性从低至高的顺序,包括:核步法、反电动势(back electromotive force (emf)检测、或全伺服法。 

      National Instruments(NI)公司工业控制产品经理Rahul Kulkarni提到了一些采用闭环步进控制的原因与适用状况:   
      ● 无需进行参数调整;系统 

    很容易建立,通常可以实现免维护;   
      ● 在连续移动进程中,允许利用断点触发摄像机或数据采集设备;   
      ● 控制位置过冲,特别在不允许的状况,例如,纳米制造或半导体行业;   
      ● 在运动结束时纠正位置。   

      最后一个状况中,要根据系统负载和惯量要求选择合适大小的步进电机,但并非一定要遵从这个规则。 

      Baldor Electric公司认为,步进电机是种简单、价廉的设备,是负载进行定位控制的理想设备。Baldor 公司的电机产品经理John Mazurkiewicz认为,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);可接受数字输入,易于与其他设备接口;不采用反馈,因而成本低廉。 
       
      然而,开环操作会有失步的风险,这将产生定位失误。但与伺服系统中使用的编码器相比,闭环步进电机采用的编码器成本更低。  

      增加的成本 

      增加的元件或多付出的开发工作,意味着更多的成本。但是,额外的成本也为系统带来了更多的益处。 

      即使增加了反馈装置,与其他闭环运动控制技术相比步进电机仍然是低成本的解决方案。为保证结果的精确性,这些成本是物有所值的。在重要的应用环境种,一个错误所带来的成本损失将远远高于反馈元件的成本。 

      零件精确度和质量的提高是基于闭环控制回路的,其方法是通过在机器或运动系统中进行实际测量位置和理想位置的比较。 

      市场观点 

      根据Incremotion Associates,一家运动控制领域的专业咨询公司的研究,约有8%~10%的混合步进电机应用采用了步校验控制。其主席 Dan Jones认为,目前使用其他闭环步进控制法的比例更少:使用反电动势检测的小于1%,使用全伺服控制也仅占市场的约1%。但全伺服控制方式的增长速度会比其他方法更快。 


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