1 轉矩控制: 轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小,具體表現為例如10V對應5Nm的話,當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉,外部負載等于2.5Nm時電機不轉,大于2.5Nm時電機反轉(通常在有重力負載情況下產生)。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。
應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中,例如饒線裝置或拉光纖設備,轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。
2 位置控制: 位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小,通過脈沖的個數來確定轉動的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制,所以一般應用于定位裝置。
應用領域如數控機床、印刷機械等等。
3 速度模式 通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制,在有上位控制裝置的外環PID控制時速度模式也可以進行定位,但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環檢測位置信號,此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速,位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了,這樣的優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差,增加了整個系統的定位精度。
4 談談3環 伺服電機一般為三個環控制,所謂三環就是3個閉環負反饋PID調節系統。最內的PID環就是電流環,此環完全在伺服驅動器內部進行,通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流,負反饋給電流的設定進行PID調節,從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流,電流環就是控制電機轉矩的,所以在轉矩模式下驅動器的運算最小,動態響應最快。
第2環是速度環,通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋PID調節,它的環內PID輸出直接就是電流環的設定,所以速度環控制時就包含了速度環和電流環,換句話說任何模式都必須使用電流環,電流環是控制的根本,在速度和位置控制的同時系統實際也在進行電流(轉矩)的控制以達到對速度和位置的相應控制。
第3環是位置環,它是最外環,可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構建,要根據實際情況來定。由于位置控制環內部輸出就是速度環的設定,位置控制模式下系統進行了所有3個環的運算,此時的系統運算量最大,動態響應速度也最慢。
步進電機的開環和閉環控制 步進電機的控制方式一般分為開環控制與閉環控制兩種控制方式,其中開環控制步進電機最簡單的控制方式就是打環控制系統,在這種控制方式下,步進電機控制脈沖的輸入并不依賴于轉子的位置,而是按一固定的規律發出控制脈沖,步進電機僅依靠這一系列既定的脈沖而工作,這種控制方式由于步進電機的獨特性而比較適合于控制步進電機,這種控制方式的特點是:控制簡單、實現容易、價格較低,這種控制方式特別在開環控制中,負載位置對控制電路沒有反饋。
因此,步進電機必須確地響應每次勵磁的變化,如果勵磁變化太快,電機不能移動到新的位置,那么實際負載位置與理想位置就會產生一個偏差,在負載基本不變時,控制脈沖序列的產生較為簡單,但是在負載的變化可能較大的場合,控制脈沖序列的產生就很難照顧全面,就有可能出現失步等現象目前隨著微機的應用普及,依靠微機,可以實現一些較復雜的步進電機的控制脈沖序列的產生。
但是,這種控制方式也有如下的缺點:電機的輸出轉矩和速度不僅與負載有很大的關系,而且在很大程度上還取決于驅動電源和控制的實現方式,精度不高,有時還會有失步、振蕩等現象,但由于它較易實現,價格低廉,故目前所采用的控制方式大多數為開環控制。
閉環控制由于步進電機開環控制系統有精度不高、丟步等缺點,故在精度要求較高的場合可以采用步進電機的閉環控制系統。
反應式步進電機特新研究閉環控制原理,這種控制方式是直接或間接地檢測出轉予(或負載)的位置或速度,然后通過反饋和適當的處理,自動地給出步進電機的驅動脈沖序列,這個驅動脈沖序列是根據負載或轉子的位置而隨時變化的這種控制方式的實現方法很多,在要求精度很高的場合,結合微步驅動技術及微型計算機控制技術,可以實現很高的位置精度要求。
SMT是電路板表貼加工的簡稱,是電子行業必不可缺的環節。SMT涉及上下板機、貼片機、收板機、AOI、接駁臺等設備。如下圖所示:
圖表 1 SMT設備一覽圖
其中接駁臺是起著其他設備連接作用,雖然體積不大,價值量不高,但連接作用必不可少。所以接駁臺的可靠工作異常重要。目前市面上的接駁臺最為核心的電控部件為步進電機驅控卡。驅控卡提供方一般為單片機方案商,而非驅動器廠家,雖然工作功能正常,但因涉及電機驅動以及保護,因此所提供的電機驅控卡均存在工作不可靠,容易壞,電機出力小等諸多缺點。為徹底解決行業詬病,深圳星火自動化科技有限公司聯合接駁臺設備廠商,為SMT行業研發定制一款驅控一體機STD234NM。該驅控一體機采用了32bitARM作為核心MCU,搭載4個二合一MOS,與預驅形成主驅電路,并加入了過流采樣電路,用以實現過流保護。通過電流傳感器形成電力閉環。驅動器可提供高達3A有效電流,可驅動兩個個42電機,或者一個57電機。內部所選MOS最大可支持電力可達16A,徹底保證了產品的驅動能力。
STD234NM電氣說明如下:
圖表 2驅控一體機電氣表
STD234NM與市面其他競品對比如圖所示:
圖表 3 STD234NM參數對比圖
為了方便接駁臺設備廠家降低采購成本與優化采購流程,星火驅動可為客戶提供開關電源,模擬電位計,皮帶輪,驅控一體機,步進電機等一整套產品。成套提供為客戶帶來了極大便利。
該款產品推出以來,已經在永信達、尚宏、艾博勝等接駁臺龍頭企業推廣,并獲得了不錯的應用效果。同時也與部分客戶在相關領域內開展了更為廣泛的合作。
全數字低壓兩相步進電機驅動器的應用
STD234M是一款全數字低壓步進電機驅動器,采用32bitARM作為運動控制單元,獨立電流傳感器閉環。產品可以支持20-36VDC,最大有效電流可達到2.0A,峰值電流可達4.2A。驅動器可驅動20-42等系列兩相步進電機。16檔細分可調,滿足廣大設備的需求。在點膠機、螺絲機、流水線、SMT、PCB設備等應用廣泛。產品可支持單、雙脈沖,同時支持內部自發脈沖,應用靈活,容易上手。
步進驅動器可分為兩部分:一部分是環形分配器,另一部分是功率放大。
環形分配器:要是接收3種信號分別為:脈沖信號,方向信號,脫機信號。然后再對脈沖信號進行分配,去控制功率放大器相應的晶體管導通,然后使步進電機的線圈得電。從這里我們可以看出,步進電機要運轉那么必須要輸入脈沖,如果沒有脈沖,步進電機是不動的,所以我們需要一個驅動器來給步進電機的各項繞組依次通電。方向信號:要控制AB通電的相序,A-B順時針,B-A逆時針
脫機信號:步進電機停止時,AB線圈有一相得電,得電的功能使轉子鎖住,使轉子不能動,需要收去撥動轉子的時候,需要給脫機信號,使AB相繞組完全斷電,轉子處于自由轉動狀態。
步進驅動器首先要外接直流電源24-28V,一端要連步進電機,另一端作輸入信號也就是控制信號,步進電機接受外部信號的結構是采用光電隔離的,比如:PLC的脈沖信號送到驅動器內部,我們要使PLC產生脈沖只需要讓Y0不斷的接通與截止就可以產生。
當YO導通的時候電流從CP+流進去,通過限流電阻,二極管,再經過CP-,再通過COM端回到電源的負端,這樣就構成了一個回路。這樣的話發光二極管就導通,晶體管也會被導通就會產生一個高電平1,如果截止就會產生一個低電平0。這樣當Y0不斷接通與截止,并且通過這個電路就可以把脈沖從外部設備送到驅動器中。然后環形分配器收到這個脈沖,再對脈沖信號進行分配。控制步進電機的繞組依次得電。所以步進電機在旋轉的時候必須要有脈沖,如果沒有脈沖,那么步進電機就會處于停止狀態。方向信號與脫鉤信號也是同樣的道理
怎么選擇步進電機:
1.步進電機轉矩的選擇與傳統電機的功率相似,但又有本質的區別。步進電機的物理結構跟交流和直流電機完全不同。電機的輸出功率是可變的,通常根據所需的扭矩來選擇哪種類型的電機。一般來說,扭矩0.8N.m的選擇20、28、36、39、42(電機機身直徑或方度,單位:mm;扭力1N.m選擇57電機比較合適。N.m或者更大的時候,選擇86、110、130等規格的步進電機。
2.步進電機轉速的選擇也應特別考慮電機轉速。因為電機的輸出轉矩與轉速成反比。也就是說,步進電機在高速旋轉狀態下的轉矩很小。當然,某些工作環境需要測量步進電機的線圈電阻、電感等指標。選擇電感稍小的電機作為高速電機,可以獲得較大的輸出扭矩。相反,當需要低速大扭矩時,需要選擇十幾個或幾十個電感,電阻也要大一些為好。
3、步進電機的空載啟動頻率,這是購買電機的一個重要指標。如果需要在瞬間頻繁啟動和停止,且轉速約為1000轉/分鐘或更高,則通常需要加速啟動。如果需要直接啟動以實現高速運行,可以選擇反應式或永磁電機,這些電機的空啟頻率相對較高。
4、許多客戶對步進電機的相數選擇不重視,其中大部分是隨意購買的。事實上,不同相數的電機有不同的工作效果。相數越多,步距角越小,工作時振動越小。在大多數情況下,兩相電機的使用越多。在高速、大力矩的工作環境中,選擇三相步進電機更實用。
全數字低壓兩相步進電機驅動器的應用
STD223M是一款全數字低壓步進電機驅動器,采用32bitARM作為運動控制單元,獨立電流傳感器閉環。產品可以支持24-40VDC,最大有效電流可達到2.0A,峰值電流可達3.0A。驅動器可驅動20/28/35/39/42等系列兩相步進電機。16檔細分可調,滿足廣大設備的需求。在點膠機、螺絲機、流水線、SMT、PCB設備等應用廣泛。產品可支持單、雙脈沖,同時支持內部自發脈沖,應用靈活,容易上手。
深圳星火自動化科技有限公司,總部位于高新產業云集的深圳市寶安區,在北京設有分公司和生產基地,在無錫、青島、汕頭、瀏陽等地設有辦事處或分支機構。星火自動化定位于運動控制類產品的研發、生產與銷售,主要產品為“STD系列”的數字式步進電機驅動器、伺服電機驅動器、步進電機、專用數控系統等,產品廣泛應用于數控機床、醫療設備、紡織印刷、雕刻機、激光打標機、激光內雕機、電子設備、剝線機、包裝機械、廣告設備、貼標機、恒速應用、機器人等多個行業。
很多朋友誤以為步進電機驅動器的細分越高,步進電機的精度就越高,其實這是一種錯誤的觀念。
1、要了解細分,先要弄清步距角這個概念:它表示控制系統每發一個步進脈沖信號,所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值,如SVM060630型電機給出的值為0.9°/1.8°,這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角',它不一定是電機實際工作時的真正步距角。
2、細分數就是指電機運行時的真正步距角是固有步距角(整步)的幾分指一。從上表可以看出:步進電機驅動器工作在10細分狀態時,其步距角只為‘電機固有步距角’的十分之一,這就是細分的基本概念。
3、更為準確地描述驅動器細分特性的是運行拍數,運行拍數指步進電機運行時每轉一個齒距所需的脈沖數。請注意,如果運行拍數設為30,按上表對應關系細分數為
7.5,不是一個整數。細分功能完全是由步進驅動器靠精確控制電機的相電流所產生的,與串機無關。
深圳星火自動化科技有限公司,總部位于高新產業云集的深圳市寶安區,在北京設有分公司和生產基地,在無錫、青島、汕頭、瀏陽等地設有辦事處或分支機構。星火自動化定位于運動控制類產品的研發、生產與銷售,主要產品為“STD系列”的數字式步進電機驅動器、伺服電機驅動器、步進電機、專用數控系統等,產品廣泛應用于數控機床、醫療設備、紡織印刷、雕刻機、激光打標機、激光內雕機、電子設備、剝線機、包裝機械、廣告設備、貼標機、恒速應用、機器人等多個行業。
很多朋友誤以為步進電機驅動器的細分越高,步進電機的精度就越高,其實這是一種錯誤的觀念。
1、要了解細分,先要弄清步距角這個概念:它表示控制系統每發一個步進脈沖信號,所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值,如57系列步進電機給出的值為1.8°,這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角',它不一定是電機實際工作時的真正步距角。
2、細分數就是指電機運行時的真正步距角是固有步距角(整步)的幾分之一。從上表可以看出:步進電機驅動器工作在10細分狀態時,其步距角只為‘電機固有步距角’的十分之一,這就是細分的基本概念。
3、更為準確地描述驅動器細分特性的是運行拍數,運行拍數指步進電機運行時每轉一個齒距所需的脈沖數。請注意,如果運行拍數設為30,按上表對應關系細分數為7.5,不是一個整數。細分功能完全是由步進驅動器靠精確控制電機的相電流所產生的,與串機無關。
深圳星火自動化科技有限公司,總部位于高新產業云集的深圳市寶安區,在北京設有分公司和生產基地,在無錫、青島、汕頭、瀏陽等地設有辦事處或分支機構。星火自動化定位于運動控制類產品的研發、生產與銷售,主要產品為“STD系列”的數字式步進電機驅動器、伺服電機驅動器、步進電機、專用數控系統等,產品廣泛應用于數控機床、醫療設備、紡織印刷、雕刻機、激光打標機、激光內雕機、電子設備、剝線機、包裝機械、廣告設備、貼標機、恒速應用、機器人等多個行業。
STD245M是一款全數字低壓步進電機驅動器,采用32bitARM作為運動控制單元,獨立電流傳感器閉環。產品可以支持20-50VDC,最大有效電流可達到3.0A,峰值電流可達4.2A。驅動器可驅動20/28/35/39/42/57等系列兩相步進電機。16檔細分可調,滿足廣大設備的需求。在點膠機、螺絲機、流水線、SMT、PCB設備等應用廣泛。產品可支持單、雙脈沖,同時支持內部自發脈沖,應用靈活,容易上手。
步進電機作為執行元件,是自動一體化的關鍵產品之一,廣泛應用在各種自動化設備控制系統中。隨著自動化設備技術的發展,步進電機的需求量與時俱增,在各個經濟領域都有應用。對步進電機的也不能僅限于認識而已,應該深入了解它的結構、基本原理以及應用。人們早在20世紀20年代就開始使用這種電機。隨著嵌入式系統(例如打印機、磁盤驅動器、玩具、雨刷、震動尋呼機、機械手臂和錄像機等)的日益流行,步進電機的使用也開始暴增。
不論在工業、軍事、醫療、汽車還是娛樂業中,只要需要把某件物體從一個位置移動到另一個位置,步進電機就能派上用場。
步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機,是現代數字程序控制系統中的主要執行元件,應用極為廣泛。在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,而不受負載變化的影響,當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度,稱為“步距角”,它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度。步進電機是一種感應電機,它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時供電的,多相時序控制電流,用這種電流為步進電機供電,步進電機才能正常工作,驅動器就是為步進電機分時供電的。