淺談步進(jìn)電機(jī)控制策略方式有哪些？

在下述的內(nèi)容中，小編將會對步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)消息予以報(bào)道，如果步進(jìn)電機(jī)是您想要了解的焦點(diǎn)之一，不妨和小編共同閱讀這篇文章哦。

一、步進(jìn)電機(jī)控制策略

1、PID 控制

PID 控制作為一種簡單而實(shí)用的控制方法 , 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動中獲得了廣泛的應(yīng)用。它根據(jù)給定值 r( t) 與實(shí)際輸出值 c(t) 構(gòu)成控制偏差 e( t) , 將偏差的比例 、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量 ,對被控對象進(jìn)行控制 。文獻(xiàn)將集成位置傳感器用于二相混合式步進(jìn)電機(jī)中 ,以位置檢測器和矢量控制為基礎(chǔ) ,設(shè)計(jì)出了一個可自動調(diào)節(jié)的 PI 速度控制器 ,此控制器在變工況的條件下能提供令人滿意的瞬態(tài)特性 。文獻(xiàn)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ,設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)的 PID 控制系統(tǒng) ,采用 PID 控制算法得到控制量 ,從而控制電機(jī)向指定位置運(yùn)動 。最后 ,通過仿真驗(yàn)證了該控制具有較好的動態(tài)響應(yīng)特性。采用 PID 控制器具有結(jié)構(gòu)簡單 、魯棒性強(qiáng) 、可靠性高等優(yōu)點(diǎn) ,但是它無法有效應(yīng)對系統(tǒng)中的不確定信息。

目前 , PID 控制更多的是與其他控制策略相結(jié)合 , 形成帶有智能的新型復(fù)合控制 。這種智能復(fù)合型控制具有自學(xué)習(xí) 、自適應(yīng) 、自組織的能力 ,能夠自動辨識被控過程參數(shù) , 自動整定控制參數(shù) , 適應(yīng)被控過程參數(shù)的變化 ,同時又具有常規(guī) PID 控制器的特點(diǎn)。

2、自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制是在 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來的自動控制領(lǐng)域的一個分支。它是隨著控制對象的復(fù)雜化 ,當(dāng)動態(tài)特性不可知或發(fā)生不可預(yù)測的變化時 ，為得到高性能的控制器而產(chǎn)生的 。其主要優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)和自適應(yīng)速度快 ,能有效地克服電機(jī)模型參數(shù)的緩慢變化所引起的影響 ,是輸出信號跟蹤參考信號。文獻(xiàn)研究者根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的線性或近似線性模型推導(dǎo)出了全局穩(wěn)定的自適應(yīng)控制算法 , 這些控制算法都嚴(yán)重依賴于電機(jī)模型參數(shù)。文獻(xiàn)將閉環(huán)反饋控制與自適應(yīng)控制結(jié)合來檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度 , 通過反饋和自適應(yīng)處理 ,按照優(yōu)化的升降運(yùn)行曲線 , 自動地發(fā)出驅(qū)動的脈沖串 ，提高了電機(jī)的拖動力矩特性，同時使電機(jī)獲得更精確的位置控制和較高較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速 。

目前 ，很多學(xué)者將自適應(yīng)控制與其他控制方法相結(jié)合 ，以解決單純自適應(yīng)控制的不足。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的魯棒自適應(yīng)低速伺服控制器 ，確保了轉(zhuǎn)動脈矩的最大化補(bǔ)償及伺服系統(tǒng)低速高精度的跟蹤控制性能。文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)模糊 PID 控制器可以根據(jù)輸入誤差和誤差變化率的變化 ，通過模糊推理在線調(diào)整 PID參數(shù) ，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的自適應(yīng)控制 ,，從而有效地提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間、計(jì)算精度和抗干擾性 。

3、矢量控制

矢量控制是現(xiàn)代電機(jī)高性能控制的理論基礎(chǔ) ,可以改善電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能 。它通過磁場定向?qū)⒍ㄗ与娏鞣譃閯畲欧至亢娃D(zhuǎn)矩分量分別加以控制，從而獲得良好的解耦特性 ，因此 ，矢量控制既需要控制定子電流的幅值 ,又需要控制電流的相位 。由于步進(jìn)電機(jī)不僅存在主電磁轉(zhuǎn)矩，還有由于雙凸結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩 ，且內(nèi)部磁場結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 非線性較一般電機(jī)嚴(yán)重得多 , 所以它的矢量控制也較為復(fù)雜 。推導(dǎo)出了二相混合式步進(jìn)電機(jī) d-q 軸數(shù)學(xué)模型 ,以轉(zhuǎn)子永磁磁鏈為定向坐標(biāo)系 ,令直軸電流 id =0 ,電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與 iq 成正比 , 用PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)了矢量控制系統(tǒng) 。系統(tǒng)中使用傳感器檢測電機(jī)的繞組電流和轉(zhuǎn)自位置 ,用 PWM 方式控制電機(jī)繞組電流 。文推導(dǎo)出基于磁網(wǎng)絡(luò)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)模型 , 給出了其矢量控制位置伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ,采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)控制策略對系統(tǒng)中的不確定因素進(jìn)行實(shí)時補(bǔ)償，通過最大轉(zhuǎn)矩/電流矢量控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效控制 。

二、步進(jìn)電機(jī)選型的步驟與方法

1、 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機(jī)所稱的“功率”。當(dāng)然，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進(jìn)電動機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機(jī)，電機(jī)的輸出功率是可變的。通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小(即所要帶動物體的扭力大小)，來選擇哪種型號的電機(jī)。大致說來，扭力在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42(電機(jī)的機(jī)身直徑或方度，單位：mm);扭力在1N.m左右的，選擇57電機(jī)較為合適。扭力在幾個N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)。

2、 步過電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇對于電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因?yàn)椋姍C(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說，步進(jìn)電機(jī)在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩(1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn))就很小了。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機(jī)，就要對步進(jìn)電動機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)進(jìn)行衡量。選擇電感稍小一些的電機(jī)，作為高速電機(jī)，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)矩。反之，要求低速大力矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH，電阻也要大一些為好。

3、 步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率的選擇步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機(jī)比較重要的一項(xiàng)指標(biāo)。如果要求在瞬間頻繁啟動、停止，并且，轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分鐘左右(或更高)，通常需要“加速啟動”。如果需要直接啟動達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機(jī)。這些電機(jī)的“空起頻率”都比較高。

4、 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇，這項(xiàng)內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。其實(shí)，不同相數(shù)的電機(jī)，工作效果是不同的。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小，工作時的振動就相對小一些。大多數(shù)場合，使用兩相電機(jī)比較多。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進(jìn)電機(jī)是比較實(shí)用的。

5、 針對步進(jìn)電機(jī)使用環(huán)境來選擇特種步進(jìn)電機(jī)能夠防水、防油，用于某些特殊場合。例如水下機(jī)器人，就需要放水電機(jī)。對于特種用途的電機(jī)，就要針對性選擇了。

6、 根據(jù)您的實(shí)際情況可否需要特殊規(guī)格特殊規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)，請和我們溝通，在技術(shù)允許的范圍內(nèi)，加工訂貨。例如，出軸的直徑、長短、伸出方向等。

7、 如有必要最好與廠家的技術(shù)工程師進(jìn)一步溝通與確認(rèn)型號。

以上便是小編此次想要和大家共同分享的有關(guān)步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)容，如果你對本文內(nèi)容感到滿意，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站喲。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!