傳統步進(jìn)電機控制通常采用反饋設備和非傳感方法,是有效的實(shí)現帶有安全需求、危險狀況或高精確度要求的運動(dòng)應用的方法。
大多數基于步進(jìn)電機的系統,一般都運行在開(kāi)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)系統可提高位移控制的的性能,且不需要反饋。但是,當步進(jìn)電機在開(kāi)環(huán)時(shí)運行,在命令步幅和實(shí)際步幅之間會(huì )有同步損耗的可能。
閉環(huán)控制,是傳統步進(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)系統中,反饋設備或間接參數傳感方法的閉環(huán)能進(jìn)行校正或控制失步、監測電機停滯,以及確保更大的可用轉矩輸出。近期,步進(jìn)電機的閉環(huán)控制(CLC)還能幫助執行智能分布運動(dòng)架構。
方法和益處
很多技術(shù)都可用于獲得步進(jìn)電機的CLC位移、速度和轉矩控制。按照可控性從低至高的順序,包括:核步法、反電動(dòng)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(wú)需進(jìn)行參數調整;系統
很容易建立,通??梢詫?shí)現免維護;
● 在連續移動(dòng)進(jìn)程中,允許利用斷點(diǎn)觸發(fā)攝像機或數據采集設備;
● 控制位置過(guò)沖,特別在不允許的狀況,例如,納米制造或半導體行業(yè);
● 在運動(dòng)結束時(shí)糾正位置?! ?nbsp;
最后一個(gè)狀況中,要根據系統負載和慣量要求選擇合適大小的步進(jìn)電機,但并非一定要遵從這個(gè)規則。
Baldor Electric公司認為,步進(jìn)電機是種簡(jiǎn)單、價(jià)廉的設備,是負載進(jìn)行定位控制的理想設備。Baldor 公司的電機產(chǎn)品經(jīng)理John Mazurkiewicz認為,使用步進(jìn)電機的原因包括:操作簡(jiǎn)單(通常在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下使用);可接受數字輸入,易于與其他設備接口;不采用反饋,因而成本低廉。
然而,開(kāi)環(huán)操作會(huì )有失步的風(fēng)險,這將產(chǎn)生定位失誤。但與伺服系統中使用的編碼器相比,閉環(huán)步進(jìn)電機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(kāi)發(fā)工作,意味著(zhù)更多的成本。但是,額外的成本也為系統帶來(lái)了更多的益處。
即使增加了反饋裝置,與其他閉環(huán)運動(dòng)控制技術(shù)相比步進(jìn)電機仍然是低成本的解決方案。為保證結果的精確性,這些成本是物有所值的。在重要的應用環(huán)境種,一個(gè)錯誤所帶來(lái)的成本損失將遠遠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(guò)在機器或運動(dòng)系統中進(jìn)行實(shí)際測量位置和理想位置的比較。
市場(chǎng)觀(guān)點(diǎn)
根據Incremotion Associates,一家運動(dòng)控制領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)公司的研究,約有8%~10%的混合步進(jìn)電機應用采用了步校驗控制。其主席 Dan Jones認為,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(dòng)勢檢測的小于1%,使用全伺服控制也僅占市場(chǎng)的約1%。但全伺服控制方式的增長(cháng)速度會(huì )比其他方法更快。