В инженерной сфере хорошо известно, что механические допуски оказывают существенное влияние на точность и правильность любого устройства, независимо от его назначения. Это также справедливо дляшаговые двигателиНапример, стандартный шаговый двигатель имеет допустимую погрешность около ±5% на шаг. Кстати, эти погрешности не суммируются. Большинство шаговых двигателей перемещаются на 1,8 градуса за шаг, что приводит к потенциальной погрешности в диапазоне 0,18 градуса, даже если речь идёт о 200 шагах за оборот (см. рисунок 1).
Двухфазные шаговые двигатели серии GSSD
Миниатюрный шаг для точности
При стандартной, некумулятивной, точности ±5%, первым и наиболее логичным способом повышения точности является микрошаговое управление двигателем. Микрошаговое управление — это метод управления шаговыми двигателями, который обеспечивает не только более высокое разрешение, но и более плавное движение на низких скоростях, что может быть существенным преимуществом в некоторых приложениях.
Начнём с угла шага 1,8 градуса. Такой угол шага означает, что по мере замедления двигателя каждый шаг становится всё большей частью целого. При всё более низких скоростях относительно большой размер шага приводит к рывкам двигателя. Один из способов смягчить снижение плавности работы на низких скоростях — уменьшить размер каждого шага двигателя. Именно здесь микрошаговый режим становится важной альтернативой.
Микрошаговое управление достигается за счёт использования широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления током в обмотках двигателя. Драйвер двигателя подаёт на обмотки двигателя две синусоидальные волны напряжения, сдвинутые по фазе на 90 градусов относительно другой. Таким образом, при увеличении тока в одной обмотке ток в другой обмотке уменьшается, обеспечивая плавную передачу тока. Это обеспечивает более плавное движение и более стабильный крутящий момент, чем при стандартном полношаговом (или даже обычном полушаговом) управлении (см. рисунок 2).
одноосныйконтроллер шагового двигателя + драйвер работает
Принимая решение о повышении точности на основе микрошагового управления, инженерам необходимо учитывать, как это повлияет на остальные характеристики двигателя. Хотя плавность передачи крутящего момента, низкоскоростное движение и резонанс можно улучшить с помощью микрошагового управления, типичные ограничения в управлении и конструкции двигателя не позволяют им достичь идеальных общих характеристик. Вследствие работы шагового двигателя микрошаговые приводы могут лишь приблизительно соответствовать истинной синусоиде. Это означает, что в системе сохранится некоторая пульсация крутящего момента, резонанс и шум, несмотря на значительное снижение каждого из этих факторов при микрошаговом управлении.
Механическая точность
Ещё одним механическим способом повышения точности шагового двигателя является использование нагрузки с меньшим моментом инерции. Если двигатель при остановке испытывает нагрузку с большим моментом инерции, она вызовет небольшое превышение скорости вращения. Поскольку эта ошибка часто незначительна, для её исправления можно использовать контроллер двигателя.
Наконец, вернёмся к контроллеру. Этот метод может потребовать некоторых инженерных усилий. Для повышения точности можно использовать контроллер, специально оптимизированный для выбранного вами двигателя. Это очень точный метод. Чем точнее контроллер управляет током двигателя, тем выше точность шагового двигателя. Это связано с тем, что контроллер точно регулирует ток, потребляемый обмотками двигателя для начала шагового движения.
Точность в системах управления движением — распространённое требование, зависящее от области применения. Понимание того, как работает система шаговых двигателей для обеспечения точности, позволяет инженеру использовать преимущества доступных технологий, в том числе тех, которые используются при создании механических компонентов каждого двигателя.
Время публикации: 19 октября 2023 г.
