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微型步进驱动器的反馈系统

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微型步进驱动器的反馈系统

发布日期:2016-09-29 作者: 点击:

步进电机区别于其他所有电机的最大优点走步精准而且有力。如果工作过程是已知的,阻碍力矩是在电机能力范围以内的,反馈系统并不需要。反馈系统的加装和信号采集处理会迅速增加成本,且与步进电机的特长重叠,所以除非必须,一般不要反馈系统。虽然这样,一些高端微型步进驱动器还是提供了几个反馈信号接入口,可接受模拟量(内置12位模数转换)和数字量输入,并通过相应的通讯协议发回给用户。
  

驱动放大器
  驱动放大器包括逻辑解释模块和电流放大模块。驱动放大器接受步进脉冲,方向信号等输入,输出两组(或几组)受控电流到电机的两个(或几个)绕组。
  逻辑解释模块根据用户上位机发来的步进脉冲、方向信号以及脱机信号等,使得各线圈(绕组)电流轮流切换,从而使电机转子步进旋转。电机工作方式只有两种,即整步工作和半步工作,步距角是由电机结构确定的。当基本步距角不能满足要求时,需要进行细分驱动。即每次输入脉冲切换时,不将电流全通或全断,而只改变相应绕组电流的一部分,从而转子只转动基本步距角的一部分。细分功能由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生,与电机无关。细分后,输出电流变化相对平稳,一定程度上提高输出转矩,减弱电机的低频振荡,提高步距精度。具体的改善程度视细分程度和驱动电路的质量而定。对于质量较好的电机,一般16~32细分以上已无明显作用,但可略为降低振动和噪音。


微型步进驱动器

  电流放大模块将逻辑信号放大成工作电流。较为常用的是由场效应管组成的H桥电路。场效应管可以是一种电子开关,就像电灯开关。使用这种通断型开关来调整电流的常用方式是斩波恒流。恒流就是恒定电流。斩波就是将高出需要电流波砍掉。例如往一个漏水的杯子里加水,如加水速度大于漏水速度,就要停停加加,以免溢出。场效应管开通时,电流上升。当电流刚超过设定时,场效应管关断,电流被砍,掉下来。掉到低于设定时,场效应管再次打开,电流又上升。反复开关加上电机线圈电感作用,电流就保持在设定值了。需要指出的是,有些驱动放大器发热量(不是温度)很大,有些很小。主要原因是多数场效应管的内阻都在几百毫欧姆。多数优爱宝驱动器场效应管内阻都在10-30毫欧姆之间,所以发热量较普通驱动器小很多。驱动器的表面温度与发热量和散热面积相关。优爱宝驱动器由于体积小(火柴盒大小),故而虽然发热量很小(一般小于1-2W),但是在一些大电流(4-8A)的工作场合,仍需要将其安装在提供的法兰片上并固定到电机上或机柜上以散热。
  

运动控制器
  运动控制器包括运动控制模块和通讯模块。运动控制器负责与用户上位机交流,并按上位机要求,控制驱动放大器实现电机的受控运动。
  为了让用户上位机能专注于高层次的控制工作,运动控制器必须具备足够的智能。关于运动控制模块的功能和原理涉及较为复杂的控制技术,此处从简。这儿介绍与用户切身相关的通讯模块。多数情况下,运动控制器负责实现用户指令。指令的传递涉及软件(协议、指令结构)和硬件。硬件类似前面例子中的电话机/线,PC机/网线等。协议(电话还是电邮)定了,硬件也就基本定了。指令结构好比说话的语法结构,白话文结构,文言文结构等,双方听懂就好。
  目前工业常用协议有RS232,RS485,CAN 等。RS232最简单,但抗干扰差,传输距离短。RS485和RS232差不多简单,抗干扰略强,传输距离较长。CAN总线协议以其高速(1百万比特率)、长距离(1万米)、高抗干扰的特点,被国外广泛用于汽车(发动机、传感和电控系统等)、自动化制造、交通管理等干扰信号严重,攸关人身安全的场合。CAN总线只需两根导线即可组成网络。其网络结构类似节日彩灯,从头到尾总共两根电源线却挂几百盏灯。CAN协议保证不会发生节点为争夺总线而撞车。但是CAN协议相对复杂,不易掌握。
 
  一言以蔽之,一体化步进系统的特点就是:老大(用户机)发句话,小弟(一体化系统)全搞定,并随时可向老大汇报。

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