傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制通常采用反饋設(shè)備和非傳感方法,是有效的實(shí)現(xiàn)帶有安全需求、危險(xiǎn)狀況或高精確度要求的運(yùn)動應(yīng)用的方法。
大多數(shù)基于步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng),一般都運(yùn)行在開環(huán)狀態(tài)下,這樣可提供一個(gè)低成本的方案。 事實(shí)上,步進(jìn)系統(tǒng)可提高位移控制的的性能,且不需要反饋。但是,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)時(shí)運(yùn)行,在命令步幅和實(shí)際步幅之間會有同步損耗的可能。
閉環(huán)控制,是傳統(tǒng)步進(jìn)控制的一個(gè)部分,能有效地提供更高地可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量。在這些步進(jìn)系統(tǒng)中,反饋設(shè)備或間接參數(shù)傳感方法的閉環(huán)能進(jìn)行校正或控制失步、監(jiān)測電機(jī)停滯,以及確保更大的可用轉(zhuǎn)矩輸出。近期,步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制(CLC)還能幫助執(zhí)行智能分布運(yùn)動架構(gòu)。
方法和益處
很多技術(shù)都可用于獲得步進(jìn)電機(jī)的CLC位移、速度和轉(zhuǎn)矩控制。按照可控性從低至高的順序,包括:核步法、反電動勢(back electromotive force (emf)檢測、或全伺服法。
National Instruments(NI)公司工業(yè)控制產(chǎn)品經(jīng)理Rahul Kulkarni提到了一些采用閉環(huán)步進(jìn)控制的原因與適用狀況:
● 無需進(jìn)行參數(shù)調(diào)整;系統(tǒng)
很容易建立,通??梢詫?shí)現(xiàn)免維護(hù);
● 在連續(xù)移動進(jìn)程中,允許利用斷點(diǎn)觸發(fā)攝像機(jī)或數(shù)據(jù)采集設(shè)備;
● 控制位置過沖,特別在不允許的狀況,例如,納米制造或半導(dǎo)體行業(yè);
● 在運(yùn)動結(jié)束時(shí)糾正位置?! ?nbsp;
最后一個(gè)狀況中,要根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載和慣量要求選擇合適大小的步進(jìn)電機(jī),但并非一定要遵從這個(gè)規(guī)則。
Baldor Electric公司認(rèn)為,步進(jìn)電機(jī)是種簡單、價(jià)廉的設(shè)備,是負(fù)載進(jìn)行定位控制的理想設(shè)備。Baldor 公司的電機(jī)產(chǎn)品經(jīng)理John Mazurkiewicz認(rèn)為,使用步進(jìn)電機(jī)的原因包括:操作簡單(通常在開環(huán)狀態(tài)下使用);可接受數(shù)字輸入,易于與其他設(shè)備接口;不采用反饋,因而成本低廉。
然而,開環(huán)操作會有失步的風(fēng)險(xiǎn),這將產(chǎn)生定位失誤。但與伺服系統(tǒng)中使用的編碼器相比,閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)采用的編碼器成本更低?!?nbsp;
增加的成本
增加的元件或多付出的開發(fā)工作,意味著更多的成本。但是,額外的成本也為系統(tǒng)帶來了更多的益處。
即使增加了反饋裝置,與其他閉環(huán)運(yùn)動控制技術(shù)相比步進(jìn)電機(jī)仍然是低成本的解決方案。為保證結(jié)果的精確性,這些成本是物有所值的。在重要的應(yīng)用環(huán)境種,一個(gè)錯(cuò)誤所帶來的成本損失將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于反饋元件的成本。
零件精確度和質(zhì)量的提高是基于閉環(huán)控制回路的,其方法是通過在機(jī)器或運(yùn)動系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)際測量位置和理想位置的比較。
市場觀點(diǎn)
根據(jù)Incremotion Associates,一家運(yùn)動控制領(lǐng)域的專業(yè)咨詢公司的研究,約有8%~10%的混合步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用采用了步校驗(yàn)控制。其主席 Dan Jones認(rèn)為,目前使用其他閉環(huán)步進(jìn)控制法的比例更少:使用反電動勢檢測的小于1%,使用全伺服控制也僅占市場的約1%。但全伺服控制方式的增長速度會比其他方法更快。