步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他所有電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)走步精準(zhǔn)而且有力。如果工作過程是已知的,阻礙力矩是在電機(jī)能力范圍以內(nèi)的,反饋系統(tǒng)并不需要。反饋系統(tǒng)的加裝和信號采集處理會迅速增加成本,且與步進(jìn)電機(jī)的特長重疊,所以除非必須,一般不要反饋系統(tǒng)。雖然這樣,一些高端微型步進(jìn)驅(qū)動器還是提供了幾個反饋信號接入口,可接受模擬量(內(nèi)置12位模數(shù)轉(zhuǎn)換)和數(shù)字量輸入,并通過相應(yīng)的通訊協(xié)議發(fā)回給用戶。
驅(qū)動放大器
驅(qū)動放大器包括邏輯解釋模塊和電流放大模塊。驅(qū)動放大器接受步進(jìn)脈沖,方向信號等輸入,輸出兩組(或幾組)受控電流到電機(jī)的兩個(或幾個)繞組。
邏輯解釋模塊根據(jù)用戶上位機(jī)發(fā)來的步進(jìn)脈沖、方向信號以及脫機(jī)信號等,使得各線圈(繞組)電流輪流切換,從而使電機(jī)轉(zhuǎn)子步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作方式只有兩種,即整步工作和半步工作,步距角是由電機(jī)結(jié)構(gòu)確定的。當(dāng)基本步距角不能滿足要求時,需要進(jìn)行細(xì)分驅(qū)動。即每次輸入脈沖切換時,不將電流全通或全斷,而只改變相應(yīng)繞組電流的一部分,從而轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)動基本步距角的一部分。細(xì)分功能由驅(qū)動器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生,與電機(jī)無關(guān)。細(xì)分后,輸出電流變化相對平穩(wěn),一定程度上提高輸出轉(zhuǎn)矩,減弱電機(jī)的低頻振蕩,提高步距精度。具體的改善程度視細(xì)分程度和驅(qū)動電路的質(zhì)量而定。對于質(zhì)量較好的電機(jī),一般16~32細(xì)分以上已無明顯作用,但可略為降低振動和噪音。
電流放大模塊將邏輯信號放大成工作電流。較為常用的是由場效應(yīng)管組成的H橋電路。場效應(yīng)管可以是一種電子開關(guān),就像電燈開關(guān)。使用這種通斷型開關(guān)來調(diào)整電流的常用方式是斬波恒流。恒流就是恒定電流。斬波就是將高出需要電流波砍掉。例如往一個漏水的杯子里加水,如加水速度大于漏水速度,就要停停加加,以免溢出。場效應(yīng)管開通時,電流上升。當(dāng)電流剛超過設(shè)定時,場效應(yīng)管關(guān)斷,電流被砍,掉下來。掉到低于設(shè)定時,場效應(yīng)管再次打開,電流又上升。反復(fù)開關(guān)加上電機(jī)線圈電感作用,電流就保持在設(shè)定值了。需要指出的是,有些驅(qū)動放大器發(fā)熱量(不是溫度)很大,有些很小。主要原因是多數(shù)場效應(yīng)管的內(nèi)阻都在幾百毫歐姆。多數(shù)優(yōu)愛寶驅(qū)動器場效應(yīng)管內(nèi)阻都在10-30毫歐姆之間,所以發(fā)熱量較普通驅(qū)動器小很多。驅(qū)動器的表面溫度與發(fā)熱量和散熱面積相關(guān)。優(yōu)愛寶驅(qū)動器由于體積?。ɑ鸩窈写笮。?,故而雖然發(fā)熱量很小(一般小于1-2W),但是在一些大電流(4-8A)的工作場合,仍需要將其安裝在提供的法蘭片上并固定到電機(jī)上或機(jī)柜上以散熱。
運(yùn)動控制器
運(yùn)動控制器包括運(yùn)動控制模塊和通訊模塊。運(yùn)動控制器負(fù)責(zé)與用戶上位機(jī)交流,并按上位機(jī)要求,控制驅(qū)動放大器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的受控運(yùn)動。
為了讓用戶上位機(jī)能專注于高層次的控制工作,運(yùn)動控制器必須具備足夠的智能。關(guān)于運(yùn)動控制模塊的功能和原理涉及較為復(fù)雜的控制技術(shù),此處從簡。這兒介紹與用戶切身相關(guān)的通訊模塊。多數(shù)情況下,運(yùn)動控制器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶指令。指令的傳遞涉及軟件(協(xié)議、指令結(jié)構(gòu))和硬件。硬件類似前面例子中的電話機(jī)/線,PC機(jī)/網(wǎng)線等。協(xié)議(電話還是電郵)定了,硬件也就基本定了。指令結(jié)構(gòu)好比說話的語法結(jié)構(gòu),白話文結(jié)構(gòu),文言文結(jié)構(gòu)等,雙方聽懂就好。
目前工業(yè)常用協(xié)議有RS232,RS485,CAN 等。RS232最簡單,但抗干擾差,傳輸距離短。RS485和RS232差不多簡單,抗干擾略強(qiáng),傳輸距離較長。CAN總線協(xié)議以其高速(1百萬比特率)、長距離(1萬米)、高抗干擾的特點(diǎn),被國外廣泛用于汽車(發(fā)動機(jī)、傳感和電控系統(tǒng)等)、自動化制造、交通管理等干擾信號嚴(yán)重,攸關(guān)人身安全的場合。CAN總線只需兩根導(dǎo)線即可組成網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似節(jié)日彩燈,從頭到尾總共兩根電源線卻掛幾百盞燈。CAN協(xié)議保證不會發(fā)生節(jié)點(diǎn)為爭奪總線而撞車。但是CAN協(xié)議相對復(fù)雜,不易掌握。
一言以蔽之,一體化步進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)就是:老大(用戶機(jī))發(fā)句話,小弟(一體化系統(tǒng))全搞定,并隨時可向老大匯報(bào)。
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