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微型电机的细分控制技术

来源: 发布日期:2019-3-18  9:53:00 点击:344

  微型电机是一种广为使用的执行元件,应用于各种自动化的控制系统之中,其精度要求达到纳米级别,微型电机的结构对系统的稳定性有非常高的要求。传统的电机控制技术根本满足不了设计要求,而电机细分技术从一定程度上解决了微型电机厂存在的潜在问题。

  一  认识微型电机

  微型电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当微型驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动微型电机按设定的方向转动一个固定的步距角,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。所以我们可以很容易通过控制脉冲个数来控制电机转动的角度,同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度。

  常用的微型电机主要有三种类型:可变磁阻式,永磁式和混合式三种。可变磁阻式由基本的转子和定子组成,转子开有齿或槽,在定子磁场中总是转向磁阻最小的位置,能产生中等转矩,步距角为0.9°~ 15°。永磁式微型电机的转子是用圆柱形永磁铁制作,上面有齿或者槽。转矩比较小,具有保持力矩,步距角7.5°~90°,广泛用于计算机外围设备和仪器仪表行业。混合式微型电机则综合了永磁式微型电机和可变磁阻式电机的优点,混合式步进电动机产生的转矩大,断电时具有保持力,步距角大约为0.9°~15°。

  二 要细分的原因

  看到很多人说对微型电机进行细分是为了提高定位精度,其实这并不是最主要的因素。细分实际上是能够大大提高电机的运转性能,以二相混合式微型电机为例,如果电机额定电流是5A,采用常规驱动方式时,电机每运行一次,其绕组能相电流将从0突变至5A或从5A变为0,这种电流的突然变化,势必会引起电机运行的振动。若采用细分技术,如果是50细分的话,电机没运行一步,其绕组能电流变化只要0.1A,这样可以大大改善电机的振动情况。同时细分后,电机的输出力矩实际上是增加的,特别是对于三相式反应时电机,其力矩比不细分时提高约30-40%,提高了电机的分辨率,减少了步距角,调高了步距的均匀度,所以对微型电机进行细分真可谓是好处多多。

  三 细分控制技术实现方法

  以两相反应式微型电机为例,若电机拍数为N,每秒输入f个脉冲时,转子的转速为,在f不变的情况下,改变N,则转速改变,电机细分后N增加,增加其运行拍数,从而减少步距角,这样便使得电机运行的转速下降,为了保持电机的正常工作运行速度,需要增加相应的脉冲个数。

  如果每次输入脉冲切换时,改变的只是对应绕组中额定电流的一部分,那么转子的每步转动也只会是原有步距角的一部分。额定电流分成以多少个级别进行切换,转子就以多少步来转完一个原有的步距角,通过对微型电机的相电流进行阶梯化控制,使电机以更小的单位步距角运行,从而减小步长和低频振荡。简言之细分驱动的思想是把原来简单的对转子电流的通断过程改变为逐渐的改变各相绕组的电流大小和方向,使电机内部的空间合成磁场逐步改变,这样就能把原来的一个步距角的通电方式改变成为跟随电流的阶梯波,变成多步。由于一般使用的斩波器的频率很高,所以在每个阶段电流的波动时可以忽略的,近似为可看做直流输出。

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