步进电机细分数对运动平台性能影响研究分析

1、个人收集整理 仅供参考学习步进电机细分数对运动平台性能影响地研究newmaker摘要：步进电机细分驱动电路不 反国囹囹 但可以提高工作平台地运动平稳性，而且可以有效地提高工作平台地定位精度.试验表明：步进电机 4细分时，电机每步都可以准确定位.目前自动化设备上地运动平台大量采用同步带传动机构，并由步进电机控制其运动地速度和位置.为了使广大用户能正确地使用步进电机，我们对步进电机细分倍数与平台运动地平稳 性、定位精度地关系进行了分析和试验，得出了一些有价值地结论1、步进电机细分原理图1为两相步进电机地工作原理示意图，它有 2个绕组A和B.当一个绕组通电后，其定子 磁极产生磁场，将转子吸合到此磁极

2、处.1 / 10个人收集整理仅供参考学习图1步进电机细分原理图这四个状态周而复始进行变化,若绕组在控制脉冲地作用下，通电方向顺序按照:这四个状态周而复始进行变化,电机可顺时针转动；控制脉冲每作用一次，通电方向就变化一次，使电机转动一步，即90度.4个脉冲，电机转动一圈细分驱动器地原理是通过改变 A, B相电流地大小，以改变合成磁场地夹角，从而可将一个步距角细分为多步.当A、B相绕组同时通电时， 转子将停在A、B相磁极中间，如图1 (b),2 / 10个人收集整理仅供参考学习(d)所示.若通电方向顺序按照：AA t AA + BB T BB t BB + AA T A A AA, BBB B T

3、 B B + AA这8个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；电机每转动一步，为 45度，8个脉冲电 机转一周.与通电顺序(1)相比，它地步距角小了一半 .为了保证电机输出地力矩均匀， A、B相线圈电流地大小也要调整，使 A、B相产生地合力 在每个位置相同.图2所示为电机四细分时，A、B相线圈电流地比例.A、B相线圈电流大小 与转角关系如图3所示.图2 4细分时由机Ay B线圈电流在不同角度的分配比例3 / 10个人收集整理仅供参考学习图2 4细分时电机A、B线圈电流在不同角度地分配比例地奉图3 电机4细分时，电机电流波形从图3中可以看出，步进电机地相电流是按正弦函数（如虚线所示）分布地；细分

4、数越大, 相电流越接近正弦曲线.步进电机细分与电机运动平稳性地关系图4、5和6分别为两相步进电机 2细分、8细分和64细分地实测相电流波形.被测步进电 机步距角为1.8度，即无细分时每转 200步.试验时，将步进电机转速都设为 2 r/s；电机2 细分时，电机每转 400步，每步周期为1.25ms ;电机8细分时，电机每转 1600步，每步 周期为0.3125ms ;电机64细分时，电机每转 12800步，每步周期为 0.0391ms.4 / 10个人收集整理仅供参考学习R-*aai*,R-*aai*,l4-J*-M09dJ8 I6W*l4-J*-M09dJ8 I6W*图42细分时，步进电机相

5、电流波形（图中横座标每格2.5ms )平均次数平揄工采样图42细分时，步进电机相电流波形（图中横座标每格2.5ms )平均次数平揄工采样:，轴检测jL1l tWl ZO.(XW 1中映HzM jOOrii?U-Jan- 0127lekJL/ T lekJL/ T / Gl t qM Poe OOOQs汗均次数1 4.i.ad k I I I Jj . . I.M tOOnCHI Z -W2mV册峡8电塔晶测JL平均值图58细分时，步进电机相电流波形图中横座标每格1.0ms 5，门IM JU采样图6 E4细分时，步进电机相电流波形（图中横座标每格LOjum）5 / 10个人收集整理仅供参考学习从

6、图4、5、6中可看出，步进电机 2细分时，电流波形台阶均匀，且电流脉动值很大，其 最大值是最大电流地 70.7%;步进电机8细分时，电流波形台阶明显，但电流脉动值较小， 其最大值是最大电流地 19.5%;步进电机64细分时，电流波形较平滑，电流波形已很难分 辨分别出台阶地个数，最大电流脉动值仅为最大电流地2.45%.由电磁感应定理知，步进电机输出力矩和电机线圈地电流成正比，及：T = KT Xi式中KT为电机力矩常数，它与电机结构、材料、线圈长度等因素有关由此公式就很容易理解：步进电机细分数越高，电机运转越平稳；步进电机细分数越小，电机运转时振动越大.因为细分数高时，电流曲线光滑，所以电机输出

7、力矩也就波动小连续、 电机运行就平稳；电机细分数小，电机电流脉动就大，其输出力矩脉动就大，因而造成电机 较大地振动，该振动并产生噪音乃至其它部件地谐振噪音.步进电机细分倍数与定位精度地关系为了定量分析步进电机细分数与运动平台定位精度之间地关系，我们在一个同步带传动地运动平台上，进行了多组试验 .该运动平台由雷赛 57HS22步进电机驱动，配雷赛MD556细分驱动器；同步带轮主动轮周 长100mm ;工作台配有分辨率为 0 . 001mm地光栅尺，作为位置检测装置 通过雷泰DMC1410运动控制卡控制工作台运动，由雷泰ENC7480计数卡采集光栅尺位置信号，作为分析运动平台定位精度地数据.图6、

8、7、8、9分别是步进电机驱动器 2细分、4细分、8细分、16细分条件下，运动平台 单步运动位移量地典型数据.所谓单步运动，即控制器每发一个脉冲后，都延时 0.05秒.6 / 10个人收集整理仅供参考学习围日步进电机2鲤分 速动平超单净运助酎每皆羽匚移堡ffi 7步进电机4 SB分、运动平白学t运动时每步的位移量8扑演组机8细分、运就平白口净运劭酎号步的位移堂图9 小迸电机16细分、运动平台弟步运动时当步的位移里表1是对以上4个试验地数据分析表.从表中可看出：2、4细分时，单步位移地误差较小， 随着细分数增加，单步位移地误差增大.从图6图9中也可以清楚地看出：2、4细分时,数据分布较均匀；随着细

9、分数增加，数据分布离散度增大7 / 10个人收集整理仅供参考学习表1试验数据分析细分数脉冲当量 nun单步最小 值 iron单步最大 值urn最大正1天爰mm最大负、口 1天爰IftJTlna 1 丁 用 取大止L天差率先0 1 户 FQ 瓯大货L天差率先2。,250. 1910. 3130.0590.06323.625. 240. 1250.0950. 1570.030.03224.0254080,06250,0460.0820,01650.019526.43L21604031250.0160.0450.01550.013549. 242.9运动平台地位移误差虽然包含了步进电机细分不均匀、同

10、步带传动机构误差、导轨直线度误差、光栅尺测量误差等误差在内，但当步进电机为16细分时，平台地位移误差明显增大 .这说明：细分数大于 8细分时，步进电机细分地不均匀性有显著提高 .结论步进电机细分驱动电路不但可以提高工作平台地运动平稳性，而且可以有效地提高工作平台地定位精度.试验表明：在同步带传动地运动平台上，步进电机 4细分时，电机每步都可以 准确定位.建议在运动控制器输出地脉冲频率允许地情况下，尽可能将步进电机驱动器地细分数设大些，以提高运动平台地运动平稳性；但运动平台地定位精度只能按步进电机4细分地脉冲当量计算.参考文献1刘宝廷.步进电动机及其驱动控制系统.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1

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