Bilang isang actuator,stepper motoray isa sa mga pangunahing produkto ng mechatronics, na malawakang ginagamit sa iba't ibang sistema ng kontrol sa automation. Sa pag-unlad ng microelectronics at teknolohiya ng computer, ang pangangailangan para sa mga stepper motor ay tumataas araw-araw, at ginagamit ang mga ito sa iba't ibang pambansang larangan ng ekonomiya.
01 Ano ang astepper motor
Ang stepper motor ay isang electromechanical device na direktang nagko-convert ng mga electrical pulse sa mechanical motion. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa pagkakasunud-sunod, dalas at bilang ng mga de-koryenteng pulso na inilapat sa motor coil, makokontrol ang pagpipiloto, bilis at anggulo ng pag-ikot ng stepper motor. Kung wala ang paggamit ng closed-loop feedback control system na may position sensing, ang tumpak na posisyon at kontrol sa bilis ay maaaring makamit gamit ang isang simple, murang open-loop control system na binubuo ng isang stepper motor at ang kasama nitong driver.
02 stepper motorpangunahing istraktura at prinsipyo ng pagtatrabaho
Pangunahing istraktura:
Prinsipyo ng pagtatrabaho: stepper motor driver ayon sa panlabas na kontrol pulso at direksyon signal, sa pamamagitan ng kanyang panloob na logic circuit, kontrolin ang stepper motor windings sa isang tiyak na timing sequence pasulong o reverse energized, kaya na ang motor pasulong / reverse pag-ikot, o lock.
Kunin ang 1.8 degree na two-phase stepper motor bilang isang halimbawa: kapag ang parehong windings ay pinasigla at nasasabik, ang motor output shaft ay hindi nakatigil at naka-lock sa posisyon. Ang pinakamataas na metalikang kuwintas na magpapanatiling naka-lock ang motor sa kasalukuyang na-rate ay ang hawak na metalikang kuwintas. Kung ang kasalukuyang sa isa sa mga windings ay na-redirect, ang motor ay iikot ng isang hakbang (1.8 degrees) sa isang tiyak na direksyon.
Katulad nito, kung ang kasalukuyang nasa kabilang winding ay nagbabago ng direksyon, ang motor ay iikot ng isang hakbang (1.8 degrees) sa kabaligtaran na direksyon ng dating. Kapag ang mga alon sa pamamagitan ng mga paikot-ikot na likaw ay sunud-sunod na na-redirect sa paggulo, ang motor ay iikot sa isang tuloy-tuloy na hakbang sa ibinigay na direksyon na may napakataas na katumpakan. Para sa 1.8 degrees ng two-phase stepper motor rotation ng isang linggo ay tumatagal ng 200 hakbang.
Ang two-phase stepper motors ay may dalawang uri ng windings: bipolar at unipolar. Bipolar motors ay may lamang ng isang paikot-ikot na likaw sa bawat phase, ang motor tuloy-tuloy na pag-ikot ng kasalukuyang sa parehong likaw upang maging sunud-sunod na variable paggulo, ang disenyo ng drive circuit ay nangangailangan ng walong electronic switch para sa sequential switching.
Ang mga unipolar na motor ay may dalawang paikot-ikot na coils ng kabaligtaran na polarity sa bawat phase, at ang motor
patuloy na umiikot sa pamamagitan ng salit-salit na pagpapasigla sa dalawang winding coils sa parehong yugto.
Ang drive circuit ay idinisenyo upang mangailangan lamang ng apat na electronic switch. Sa bipolar
drive mode, ang output torque ng motor ay tumaas ng humigit-kumulang 40% kumpara sa
unipolar drive mode dahil ang winding coils ng bawat phase ay 100% excited.
03, Stepper motor load
A. Moment load (Tf)
Tf = G * r
G: Magkarga ng timbang
r: radius
B. Inertia load (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Mag-load ng masa
R1: Radius ng panlabas na singsing
R2: Radius ng inner ring
dω/dt: Angular acceleration
04, stepper motor speed-torque curve
Ang bilis-torque curve ay isang mahalagang pagpapahayag ng mga katangian ng output ng stepper
mga motor.
A. Stepper motor operating frequency point
Ang halaga ng bilis ng stepper motor motor sa isang tiyak na punto.
n = q * Hz / (360 * D)
n: rev/seg
Hz: Halaga ng dalas
D: Drive circuit interpolation value
q: stepper motor step angle
Halimbawa, isang stepper motor na may pitch angle na 1.8°, na may 1/2 interpolation drive(ibig sabihin, 0.9° bawat hakbang), ay may bilis na 1.25 r/s sa operating frequency na 500 Hz.
B. Stepper motor self-start area
Ang lugar kung saan maaaring simulan at ihinto nang direkta ang stepper motor.
C. Lugar ng patuloy na operasyon
Sa lugar na ito, ang stepper motor ay hindi maaaring simulan o ihinto nang direkta. Pumasok ang mga stepper motorang lugar na ito ay dapat munang dumaan sa self-start area at pagkatapos ay mapabilis upang maabot angoperating area. Katulad nito, ang stepper motor sa lugar na ito ay hindi maaaring direktang ipreno,kung hindi ito ay madaling maging sanhi ng stepper motor sa labas ng hakbang, dapat munang i-decelerate saang self-starting area at pagkatapos ay nagpreno.
D. Stepper motor maximum na dalas ng pagsisimula
Motor walang-load na estado, upang matiyak na ang stepper motor ay hindi mawawala ang hakbang na operasyon ngmaximum na dalas ng pulso.
E. Stepper motor maximum na dalas ng pagpapatakbo
Ang pinakamataas na dalas ng pulso kung saan ang motor ay nasasabik na tumakbo nang hindi nawawala ang isang hakbangwalang load.
F. Stepper motor na panimulang torque / pull-in torque
Upang matugunan ang stepper motor sa isang tiyak na dalas ng pulso upang magsimula at magsimulang tumakbo, nang walapagkawala ng mga hakbang ng maximum load torque.
G. Stepper motor na nagpapatakbo ng torque/draw-in torque
Ang maximum load torque na nakakatugon sa matatag na operasyon ng stepper motor sa ailang dalas ng pulso nang walang pagkawala ng hakbang.
05 Stepper motor acceleration/deceleration control ng paggalaw
Kapag ang stepper motor operating frequency point sa bilis-torque curve ng tuloy-tuloyrehiyon ng operasyon, kung paano paikliin ang pagsisimula o paghinto ng motor sa pagpabilis o pagbabawas ng bilisoras, upang ang motor ay tumatakbo nang mas mahaba sa pinakamahusay na estado ng bilis, sa gayon ay tumataas angAng epektibong oras ng pagpapatakbo ng motor ay napakahalaga.
Tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba, ang dynamic na torque na katangian ng curve ng stepper motor ayisang pahalang na tuwid na linya sa mababang bilis; sa mataas na bilis, ang kurba ay bumababa nang malakidahil sa impluwensya ng inductance.
Alam namin na ang load ng stepper motor ay TL, ipagpalagay na gusto naming mapabilis mula F0 hanggang F1 saang pinakamaikling oras (tr), paano kalkulahin ang pinakamaikling oras tr ?
(1) Karaniwan, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Exponential acceleration sa high speed na kondisyon
(1) Karaniwan
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * Sa [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3)
F (t) = F2 * [1 - e^(-t/F4)] + F0, 0
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1.8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
Mga Tala.
Ang J ay nagpapahiwatig ng rotational inertia ng motor rotor sa ilalim ng load.
q ay ang anggulo ng pag-ikot ng bawat hakbang, na siyang anggulo ng hakbang ng stepper motor sa
kaso ng buong drive.
Sa deceleration operation, baligtarin lamang ang acceleration pulse frequency sa itaas
kalkulado.
06 stepper motor vibration at ingay
Sa pangkalahatan, stepper motor sa walang-load na operasyon, kapag ang motor operating dalasay malapit sa o katumbas ng likas na dalas ng motor rotor ay tatatak, seryosong kaloobanmangyari out of step phenomenon.
Maraming mga solusyon para sa resonance:
A. Iwasan ang vibration zone: upang ang dalas ng pagpapatakbo ng motor ay hindi mahulog sa loobang hanay ng panginginig ng boses
B. I-adopt ang subdivision drive mode: Gamitin ang micro-step drive mode para bawasan ang vibration sa pamamagitan ng
hinahati-hati ang orihinal na isang hakbang sa maraming hakbang upang mapataas ang resolution ng bawat isa
hakbang ng motor. Ito ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagsasaayos ng bahagi sa kasalukuyang ratio ng motor.
Hindi pinapataas ng microstepping ang katumpakan ng anggulo ng hakbang, ngunit ginagawang mas tumakbo ang motor
maayos at may kaunting ingay. Ang metalikang kuwintas ay karaniwang 15% na mas mababa para sa kalahating hakbang na operasyon
kaysa para sa full-step na operasyon, at 30% na mas mababa para sa kasalukuyang kontrol ng sine wave.
Oras ng post: Nob-09-2022