В области машиностроения хорошо известно, что механические допуски оказывают большое влияние на точность и аккуратность любого устройства, которое только можно себе представить, независимо от его использования. Этот факт справедлив и дляшаговые двигатели. Например, стандартный шаговый двигатель имеет уровень допуска около ±5 процентов погрешности на шаг. Это, кстати, ненакопительные ошибки. Большинство шаговых двигателей перемещаются на 1,8 градуса за шаг, что приводит к потенциальной погрешности в 0,18 градуса, хотя мы говорим о 200 шагах за оборот (см. рисунок 1).
2-фазные шаговые двигатели — серия GSSD
Миниатюрный шаг для точности
При стандартной некумулятивной точности ±5 процентов первым и наиболее логичным способом повышения точности является микрошаговый двигатель. Микрошаговый режим — это метод управления шаговыми двигателями, который обеспечивает не только более высокое разрешение, но и более плавное движение на низких скоростях, что может быть большим преимуществом в некоторых приложениях.
Начнем с угла шага в 1,8 градуса. Этот угол шага означает, что по мере замедления двигателя каждый шаг становится большей частью целого. На все более и более медленных скоростях относительно большой размер шага вызывает заедание двигателя. Один из способов смягчить снижение плавности работы на малых скоростях — уменьшить размер каждого шага двигателя. Именно здесь микрошаг становится важной альтернативой.
Микрошаговый режим достигается за счет использования широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления током в обмотках двигателя. Происходит следующее: драйвер двигателя подает на обмотки двигателя две синусоидальные волны напряжения, каждая из которых сдвинута по фазе на 90 градусов с другой. Таким образом, хотя ток увеличивается в одной обмотке, он уменьшается в другой обмотке, обеспечивая постепенную передачу тока, что приводит к более плавному движению и более стабильному созданию крутящего момента, чем можно получить при стандартном управлении полным шагом (или даже обычным полушагом). (см. рисунок 2).
одноосныйКонтроллер шагового двигателя + драйвер работает
Принимая решение об увеличении точности на основе микрошагового управления, инженерам приходится учитывать, как это повлияет на остальные характеристики двигателя. Хотя плавность передачи крутящего момента, низкоскоростное движение и резонанс можно улучшить с помощью микрошагов, типичные ограничения в управлении и конструкции двигателя не позволяют им достичь своих идеальных общих характеристик. Благодаря работе шагового двигателя микрошаговые приводы могут лишь приближаться к истинной синусоидальной волне. Это означает, что некоторая пульсация крутящего момента, резонанс и шум останутся в системе, хотя каждый из этих факторов значительно снижается при микрошаговом режиме.
Механическая точность
Еще одна механическая регулировка для повышения точности шагового двигателя — использование меньшей инерционной нагрузки. Если двигатель имеет большую инерцию, когда он пытается остановиться, нагрузка вызовет небольшое чрезмерное вращение. Поскольку зачастую это небольшая ошибка, для ее исправления можно использовать контроллер двигателя.
Наконец, вернемся к контроллеру. Этот метод может потребовать некоторых инженерных усилий. Чтобы повысить точность, вы можете использовать контроллер, специально оптимизированный для выбранного вами двигателя. Это очень точный метод включения. Чем лучше контроллер способен точно управлять током двигателя, тем большую точность вы можете получить от используемого вами шагового двигателя. Это связано с тем, что контроллер точно регулирует, какой ток получают обмотки двигателя, чтобы инициировать шаговое движение.
Точность в системах движения является общим требованием в зависимости от применения. Понимание того, как шаговая система работает вместе для достижения точности, позволяет инженеру воспользоваться преимуществами доступных технологий, в том числе тех, которые используются при создании механических компонентов каждого двигателя.
Время публикации: 19 октября 2023 г.
