步進電機閉環系統的組成和優缺點 閉環步進電機驅動的9大優勢

來源：小牛機器人

步進電機基本上以開環電路驅動，用于位置控制 。換句話說，步進電機以外的電機尤其是高精度的步進電機之外并沒有做開環控制定位的，而用開環電路驅動的電機只有步進電機。

例如無刷電機，首先為切換相，需要測出轉子位置，需要含位置傳感器的位置閉環電路。而且如果按一定速度驅動，需測出轉子的速度，此為速度閉環電路;如果想定位控制，需要含有轉子位置信號的編碼器等傳感器的閉環電路，此為位置閉環電路。與開環驅動的步進電機相比較，含傳感器的閉環電路成本較高。因此， 步進電機被稱為速度控制或位置控制的低成本驅動系統 。

開環/閉環系統的優缺點：

步進電機的開環電路驅動在高速轉動時,有失步、振動(噪聲)以及高速運行困難等問題。為了彌補這些缺點，步進電機安裝角度傳感器，形成閉環控制，用以檢測并避免失步。步進電機的閉環控制方式大致分為兩種：

使激磁磁通與電流的相位關系保持一致，使其產生能帶動負載轉矩的電磁轉矩，這種控制電機電流的方式與無刷直流電機控制方式相同，稱為無刷驅動方式或電流閉環控制方法。

電機電流保持一定，控制激磁磁通與電流相位角的方式，稱為功率角閉環控制方法。功率角為轉子磁極與定子激磁相(或認為是同步電機的定子旋轉磁場軸線也可以)相互吸引所成的相位角。

位置環控制流程

閉環步進電機驅動的9大優勢：

眾所周知伺服電機是帶編碼器并依靠編碼器工作，而帶編碼器的閉環控制步進電機(步進伺服電機)兼有步進電機和伺服電機兩者優點。

1、可頻繁起動/停止

閉環步進電機驅動適用于需要頻繁起動/停止的用途。

2、免增益調整

即使是在皮帶機構、凸輪、鏈條驅動等負載發生變動的情況下，也可不用通過增益調節，便實現定位。而伺服電機中伺服系統的增益對電機性能有很大影響，而且調節伺服增益是很費時又費力的事情。

3、穩態靜止，無抖動

伺服電機在停止時候由于依靠編碼器定位需要增益調節因此無法做到絕對靜止，而 步進伺服電機定位時無微小振動，通過電機自身保持力停止 ，因此最適合用于需無振動停止的低剛性機構用途，典型應用如光學領域等。

4、可實現大慣性負載的驅動

比起同等安裝尺寸的伺服電機，步進伺服可驅動更大慣性的負載。

5、高速

得益于連續穩定可靠的電流控制技術，閉環步進電機可運行到3000-4000RPM不丟步。

6、高響應

與開環步進電機一樣，閉環步進電機與控制指令同步運行，因此能夠在短行程、短時間完成精確定位。而通常伺服電機由于在停止時有位置整定時間不適應短行程定位場合。

7、大力矩

與傳統的步進電機相比，閉環步進電機可以在非常寬的速度范圍內輸出很大的力矩，驅動可以做到100%的負載連續運行。無需擔心電機驅動負載的能力，這與傳統的微步(細分)驅動完全不同。步進伺服可以根據電機的轉速采用獨特電流控制技術做到高速范圍內依舊可以輸出大力矩。配合ADI Trinamic的CoolStep和Dcstep驅動器的輸出電流會隨著外部負載閉環動態增加或減少。

8、低速無振動，靜音

由于驅動器采用了矢量控制技術，加之ADI Trinamic特有的StealthChop和SpreadCycle專利技術可以保證電機低速時候無振動，靜音效果。

9、閉環電機發熱，實現高效率

閉環步進與ADI Trinamic特有的Coolstep技術(電流隨負載動態調節)結合，能減少電機發熱，降低電機運行溫度，提高效率的同時進一步節能。

步進電機閉環驅動解決方案推薦

傳統的閉環方式是控制器、驅動器、電機分體式，控制器發出脈沖/方向控制驅動器，步進電機將編碼器信號反饋到驅動器，有接線繁瑣、售后服務不便、脈沖/方向控制信號容易受到強磁場干擾導致定位不準等諸多缺點，同時由于編碼器信號只反饋到驅動器屬于半閉環，無法檢測控制部分的脈沖丟失。

傳統半閉環步進方案

ADI Trinamic采用的位置全閉環控制模式，模塊集成了總線接口、運動控制功能、輸入輸出、電機驅動和程序存儲，編碼器的信號反饋到模塊內部完成閉環控制，具有布線簡單、控制精確、售后維護方便等諸多優勢。

ADI Trinamic全位置閉環步進方案

審核編輯：湯梓紅