閉環步進電機的優缺點(步進電機的開環控制和閉環控制)

一、步進電機的開環控制

1.步進電機開環伺服系統的一般配置

圖1步進電動機開環伺服系統步進電動機的電樞上電和斷電的次數以及各相的通電順序決定了輸出角位移和行進方向。該頻率可以實現步進電機的速度控制。因此，步進電機控制系統一般采用開環控制方式。該圖是開環步進電動機控制系統的框圖，該系統主要由控制器，功率放大器和步進電動機組成。

2，步進電機控制器

1.步進電機的硬件控制

步進電動機在一個脈沖的作用下旋轉相應的步進角，只要控制一定數量的脈沖，就可以精確地控制步進電動機的對應角。但是，步進電動機的每個繞組必須按一定順序通電才能正常運行。在輸入脈沖的控制下周期性地改變電動機繞組的通電和斷電順序的過程稱為振鈴脈沖。分配。

有兩種實現環分配的方法。一種是計算機軟件分發，計算機的三個輸出引腳使用查表或計算方法順序輸出滿足速度和方向要求的循環分發脈沖信號。此方法可以通過充分利用計算機軟件資源來降低硬件成本。特別地，多相電動機的脈沖分布顯示出其優點。但是，由于運行軟件占用了計算機的運行時間，因此插補操作的總時間增加了，這影響了步進電機的運行速度。

另一個是硬件循環分配，它使用數字電路配置或特殊的循環分配設備來處理連續脈沖信號并輸出循環脈沖。由數字電路構成的環分配器通常由分立組件（例如觸發器，邏輯門等）組成，并且其特點是尺寸大，成本高且可靠性差。

2.步進電機的微機控制：

目前，伺服系統的大多數數字控制都采用結合了硬件和軟件的控制方法，軟件控制方法一般是由微型計算機來實現的。這是因為基于微計算機的數字伺服控制器比模擬伺服控制器具有以下優勢。

（1）可以大大降低控制器的硬件成本。具有更高速度和更新功能的下一代微處理器將繼續出現，并且硬件成本將非常便宜。體積小，重量輕和能耗低是它們的共同優勢。

（2）可以大大提高控制的可靠性。集成電路和大型集成電路的平均故障間隔時間（MTBF）比單個組件電子電路的平均間隔時間長得多。

（3）數字電路的溫度漂移小，不受參數的影響，穩定性好。

（4）硬件電路易于標準化。為了避免電力電子電路中過大的瞬變和電壓引起的電磁干擾問題，在電路集成過程中采取了一些屏蔽措施，因此可靠性較高。

（5）使用微處理器的數字控制，極大地改善了信息的雙向傳輸功能，可以通過上位系統計算機輕松傳輸，并且可以隨時更改控制參數。

（6）您可以設計適用于各種電力電子系統的集成硬件電路。可以對軟件進行模塊化和組裝，以形成適用于各種應用程序對象的控制算法。當實際系統更改時，可以輕松地添加，更改，刪除或完全更新軟件模塊。

（7）改進信息存儲，監視，診斷和分級控制功能，以使伺服系統更加智能。

（8）隨著微機芯片的計算速度和存儲容量的不斷提高，其性能優良，但復雜算法的控制策略是其實現的基礎。

3.步進電機的動力驅動電路

為了使步進電動機輸出足夠的轉矩來驅動負載，必須向步進電動機提供足夠功率的控制信號，實現該功能的電路稱為步進電動機驅動電路。驅動電路實際上是一個電源開關電路，其功能是放大環形分配器的輸出信號功率，以獲得步進電機控制繞組所需的脈沖電流和脈沖波形。步進電動機的工作特性在很大程度上取決于功率驅動器的性能，對于每個相繞組，理想的功率驅動器應通過繞組產生盡可能接近方波的電流脈沖。但是，由于步進電動機繞組的電感較大，很難實現這一點。

有兩種常見的步進電機驅動電路：

圖4.6步進電機驅動電路1）單電壓驅動電路

這種電路使用單電源供電，結構簡單，成本低廉，但電流波形不好，效率低，輸出轉矩小。主要用于低速要求，用于驅動小型步進電機，圖6-19顯示了步進電機的單相繞組驅動電路（每個相繞組的電路相同）。

當環形分配器的脈沖輸入信號處于低電平（邏輯0，大約1V）時，VT1和燈管都導通，但是只要正確選擇了的電阻值， 0（約1V）-1V）時，管處于截止狀態，并且相繞組斷電。當輸入信號為高電平3.6V時（邏輯1）。 0（約0.7V），管飽和，打開，相繞組通電。

2）雙電壓驅動電路，也稱為高壓和低壓驅動電路，使用兩種電源：高壓和低壓。步進電機的繞組剛接通時，將由高壓電源供電以加速電流上升，并在延遲后切換到低壓電源。這種電路極大地改善了電流波形，輸出轉矩和工作頻率。

當環形分頻器的脈沖輸入信號為高電平（必須給相繞組通電）時，二極管的基極具有信號電壓輸入，因此所有都導通。因此，在高壓電源的作用下（二極管當前承受反向電壓并且處于截止狀態，因此低壓電源不作用于繞組），繞組電流迅速上升，并且電流的前沿非常陡峭。當電流達到或略微超過額定正常電流時，通過使用計時電路或電流檢測器來切斷的基極處的信號電壓來阻塞，但此時仍處于導通狀態，因此繞組處于導通狀態。由電流旋轉二極管供電，由饋電設備供電。當環形分配器的輸出上的電壓低（必須關閉繞組電源）時，在基極的信號電壓消失，因此被切斷，繞組中的電流被放電到高電壓供應。它流過二極管和電阻，電流急劇下降。使用這種高壓和低壓開關電源，在電動機繞組中不需要串聯電阻或小的電阻（以平衡每個相中的電流），因此電源的功耗相對較低。這種供電方式極大地改善了電流波形，因此步進電機的轉矩頻率特性良好，啟動和運行頻率得到了極大的提高。

二，步進電機的閉環控制

與開環控制系統相比，閉環控制具有一系列優勢。在反饋控制系統中，無論原因如何（外部故障或內部系統更改），如果控制量偏離指定值，都會產生相應的控制效果以消除偏差。因此，可以抑制干擾，對部件特性的變化不敏感，并且可以改善系統的響應特性。然而，反饋回路的引入增加了系統的復雜性，并且由于增益選擇不當而可能導致系統不穩定。當可以測量擾動變量以提高控制精度時，通常將依賴于擾動的控制（即前饋控制）用作反饋控制的補充，以形成復雜的控制系統。