步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，基于基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，其動(dòng)作原理是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其原始模型是起源于1830年至1860年間。1870年前后開(kāi)始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氫弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中。這被認(rèn)為是當(dāng)初的步進(jìn)電機(jī)。二十世紀(jì)初，在電話自動(dòng)交換機(jī)中廣泛使用了步進(jìn)電機(jī)。由于西方資本的主義列強(qiáng)爭(zhēng)奪殖民地，步進(jìn)電機(jī)在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀(jì)五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。利用這些控制電路，能夠有效改進(jìn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性，在使得這種電機(jī)有更加廣泛的應(yīng)用范圍的同時(shí)，也在電機(jī)的加減速方面做了有效的改善，使得現(xiàn)在的電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候雖然依然分三個(gè)階段，但是減速過(guò)程已經(jīng)縮得很短，勻速過(guò)程則被有效延長(zhǎng)。到了八十年代后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的控制方式更加靈活多樣。

步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)概述

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨著脈沖頻率的上升而下降,啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)力矩就越小，帶動(dòng)負(fù)載的能力越差，啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成失步，而在停止時(shí)又會(huì)發(fā)生過(guò)沖。要使步進(jìn)電機(jī)快速的達(dá)到所要求的速度又不失步或過(guò)沖，其關(guān)鍵在于使加速過(guò)程中,加速度所要求的力矩既能充分利用各個(gè)運(yùn)行頻率下步進(jìn)電機(jī)所提供的力矩，又不能超過(guò)這個(gè)力矩。因此,步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行一般要經(jīng)過(guò)加速、勻速、減速三個(gè)階段,要求加減速過(guò)程時(shí)間盡量的短，恒速時(shí)間盡量長(zhǎng)。特別是在要求快速響應(yīng)的工作中，從起點(diǎn)到終點(diǎn)運(yùn)行的時(shí)間要求很短，這就必須要求加速、減速的過(guò)程很短，而恒速時(shí)的速度很高。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機(jī)，就要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)進(jìn)行衡量。

步進(jìn)電機(jī)的自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制是在 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)分支 。它是隨著控制對(duì)象的復(fù)雜化 ,當(dāng)動(dòng)態(tài)特性不可知或發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化時(shí) ，為得到高的性能的控制器而產(chǎn)生的 。其主要優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)和自適應(yīng)速度快 ,能有效地克服電機(jī)模型參數(shù)的緩慢變化所引起的影響 ,是輸出信號(hào)跟蹤參考信號(hào) 。文獻(xiàn)研究者根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的線性或近似線性模型推導(dǎo)出了全局穩(wěn)定的自適應(yīng)控制算法 , 這些控制算法都嚴(yán)重依賴于電機(jī)模型參數(shù) 。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，“丟步”和“過(guò)沖”是步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行中很常出現(xiàn)的兩種嚴(yán)重影響步進(jìn)電機(jī)定位精度的“罪魁禍?zhǔn)住?。文獻(xiàn)將閉環(huán)反饋控制與自適應(yīng)控制結(jié)合來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度 , 通過(guò)反饋和自適應(yīng)處理 ,按照優(yōu)化的升降運(yùn)行曲線 , 自動(dòng)地發(fā)出驅(qū)動(dòng)的脈沖串 ，提高了電機(jī)的拖動(dòng)力矩特性 ，同時(shí)使電機(jī)獲得更準(zhǔn)確的位置控制和較高較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速 。 

目前 ，很多學(xué)者將自適應(yīng)控制與其他控制方法相結(jié)合 ，以解決單純自適應(yīng)控制的不足。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的魯棒自適應(yīng)低速伺服控制器 ，確保了轉(zhuǎn)動(dòng)脈矩的很大化補(bǔ)償及伺服系統(tǒng)低速高精度的跟蹤控制性能 。文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)模糊 PID 控制器可以根據(jù)輸入誤差和誤差變化率的變化 ，通過(guò)模糊推理在線調(diào)整 PID參數(shù) ，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的自適應(yīng)控制 ,，從而有效地提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間 、計(jì)算精度和抗干擾性 。就是說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩(1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn))就很小了。

PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)加減速控制原理

進(jìn)電機(jī)常用的升降頻控制方法有2種：直線升降頻和指數(shù)曲線升降頻。指數(shù)曲線法具有較強(qiáng)的跟蹤能力，但當(dāng)速度變化較大時(shí)平衡性差。直線法平穩(wěn)性好，適用于速度變化較大的快速定位方式。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從一個(gè)位置向另一個(gè)位置移動(dòng)時(shí)，要經(jīng)歷升速、恒速和減速過(guò)程。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率低于其本身起動(dòng)頻率時(shí)，可以用運(yùn)行頻率直接起動(dòng)并以此頻率運(yùn)行，需要停止時(shí)，可從運(yùn)行頻率直接降到零速。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率fb>fa(有載起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)頻率)時(shí)，若直接用fb頻率起動(dòng)會(huì)造成步進(jìn)電機(jī)失步甚至堵轉(zhuǎn)。PLC發(fā)送信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，就組成了設(shè)備的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，有些高精的設(shè)備，需要電機(jī)完成更復(fù)雜的傳動(dòng)動(dòng)作，會(huì)采購(gòu)具有總線總線功能比如ethercat等的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。