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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 淺談步進(jìn)電機(jī)的高頻機(jī)械特性（無(wú)煩人的公式,，純感性認(rèn)知） [打印本頁(yè)]

作者: 番茄唐龍 時(shí)間: 2013-8-29 07:41
標(biāo)題: 淺談步進(jìn)電機(jī)的高頻機(jī)械特性（無(wú)煩人的公式,，純感性認(rèn)知）
一般認(rèn)為步進(jìn)電機(jī)在較低的脈沖頻率下具有較好啟動(dòng)性能,，也就是啟動(dòng)力矩較大，通常我們理解為這是由于在低頻時(shí)定子線圈的感抗較小電流較大勵(lì)磁強(qiáng)度較大,，所以輸出轉(zhuǎn)矩較大。而在高頻時(shí)的啟動(dòng)性能就較差,，當(dāng)輸入的脈沖頻率高到一定程度是就會(huì)出現(xiàn)丟步,，甚至無(wú)法帶動(dòng)負(fù)載啟動(dòng)的情況。

對(duì)于這種情況一般我們理解為這是由于高頻時(shí)線圈的感抗較高電流較小勵(lì)磁強(qiáng)度降低,，所以輸出轉(zhuǎn)矩較小,，定子繞組中電感的存在是使脈沖頻率曾高后電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降的主要原因，因?yàn)橛须姼芯拖鄳?yīng)的有一定的電氣時(shí)間常數(shù)（電感與電阻的比值）,，使定子繞組中的電流達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間加長(zhǎng),。

我們可以這樣理解：加載定子線圈兩端的脈沖電源電壓不變，頻率改變時(shí),，則在線圈內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度不變,，則電子受到電場(chǎng)的加速度不變（不同頻率下只要電壓不變則電場(chǎng)強(qiáng)度不變）。而電流的定義為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量,，（按照現(xiàn)階段的理論電子是可以在導(dǎo)體中自由運(yùn)動(dòng)的）而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體的橫截面的電荷量與電子的流動(dòng)速度有關(guān),，而電子的流動(dòng)速度與加速度及加速時(shí)間有關(guān)，低頻脈沖輸入時(shí)單個(gè)脈沖產(chǎn)生的電場(chǎng)的保持時(shí)間較長(zhǎng),。

這意味著電子有足夠的加速時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定的速度,，宏觀上就是形成穩(wěn)定的電流且此電流能保持一段時(shí)間。從而形成穩(wěn)定的較強(qiáng)的勵(lì)磁強(qiáng)度,，由此驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子便能輸出較大的轉(zhuǎn)矩,，相反高頻脈沖輸入時(shí)單個(gè)脈沖形成的電場(chǎng)時(shí)間較短這意味著電子沒(méi)有足夠的時(shí)間加速到足夠的速度電場(chǎng)便消失了，宏觀上看就是電流強(qiáng)度較弱,，勵(lì)磁強(qiáng)速較低,，（另外高頻時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的感抗，此感抗可理解為系統(tǒng)摩擦力,，減小電子的加速度,，當(dāng)然過(guò)高的脈沖頻率還會(huì)產(chǎn)生電流的趨膚效應(yīng)，這勢(shì)必引起電阻效應(yīng),，由此可見(jiàn)高頻驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)可謂禍不單行�,。�

為了解決步進(jìn)電機(jī)的此弊端目前采用的一種較為有效的辦法是用雙電源供電,，即在定子繞組電流的上升階段用高壓電源供電,，以縮短達(dá)到預(yù)定的穩(wěn)定電流值的時(shí)間，而后再改為低電壓電源供電以維持其電流值,，此方法可以大大提高高頻時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩,，另外還有恒壓頻比輸入等方式，也可一定程度增大步進(jìn)電機(jī)的高頻轉(zhuǎn)矩,。
注：電氣時(shí)間常數(shù)（感抗/繞組電阻)決定了繞組通電的持續(xù)時(shí)間,，其的值在一定范圍內(nèi)越小越好,，他可以保證在單個(gè)脈沖發(fā)送完后步進(jìn)電機(jī)任然有足夠的動(dòng)力及時(shí)間加速啟動(dòng)起來(lái)。

歡迎大伙各抒己見(jiàn)也歡迎大力拍磚,，僅此拋磚引玉足以,。

作者: angel1399793 時(shí)間: 2013-8-29 08:33
電機(jī)完全不懂，只是聽(tīng)說(shuō)伺服有擊潰步進(jìn)并稱霸數(shù)控等精確定位工業(yè)的趨勢(shì)

作者: 錢塘小寶 時(shí)間: 2013-8-29 10:01
樓上說(shuō)反了吧

作者: 沙灘的足跡 時(shí)間: 2013-8-29 14:39
伺服和步進(jìn)是各自獨(dú)立的工業(yè)應(yīng)用范圍和體系,，互為補(bǔ)充,，改善就是畫(huà)蛇添足
步進(jìn)就是普通電機(jī)的升級(jí)版，在一定的速度下,，可以一某個(gè)合理的小單位控制住其運(yùn)動(dòng),，有些高級(jí)的光學(xué)儀器，如光刻機(jī)還是用的步進(jìn)電機(jī),，看中的就是這個(gè),，它的應(yīng)用特性決定了它講究的是精度，對(duì)速度不那么敏感,；
伺服是電機(jī)的最高級(jí)應(yīng)用,，不僅可以以某個(gè)合理小單位控制住其運(yùn)動(dòng)，還可以高速和過(guò)載,，想怎么玩就怎么玩,，價(jià)格就貴了哦

作者: 奇_點(diǎn) 時(shí)間: 2013-8-29 15:16
完全被標(biāo)題騙了,，還不如寫公式簡(jiǎn)單清晰

作者: 奇_點(diǎn) 時(shí)間: 2013-8-29 16:21
不知道大俠說(shuō)的雙電源技術(shù)有沒(méi)有成熟應(yīng)用,？本人孤陋寡聞，沒(méi)有用過(guò),。這個(gè)雙電源如何平緩切換,，會(huì)不會(huì)在低頻時(shí)反而將振動(dòng)問(wèn)題放大？切換時(shí)序如何控制,，會(huì)不會(huì)更容易失步或越步,？高頻扭矩不足方面，恒流斬波控制和細(xì)分控制都已很成熟,。

作者: 番茄唐龍 時(shí)間: 2013-8-29 16:36
低頻時(shí)不用的

作者: 歐陽(yáng)絕痕 時(shí)間: 2013-8-29 20:36
什么時(shí)候用步進(jìn)電機(jī),，什么時(shí)候用伺服電機(jī)，哪位大俠可以詳細(xì),、清晰地總結(jié)一下,？

作者: 誰(shuí)是誰(shuí)1989 時(shí)間: 2013-8-30 08:32
步進(jìn)電機(jī)沒(méi)怎么接觸過(guò)，反正一直都是在玩伺服,，

作者: 中等公差belee 時(shí)間: 2013-8-30 13:42
我一直沒(méi)想通的是這個(gè),，在給定電壓下（即給定磁場(chǎng)下）電子在一根導(dǎo)線里可以定向移動(dòng)，那么北京到廣東的直達(dá)電線里,，北京的某個(gè)電子可以跑到廣東去碼,？如果能,，需要多久的時(shí)間？如果電子跑到廣東去的時(shí)候跑不回來(lái)他們?cè)谀睦锎蜷g住宿,？

補(bǔ)充內(nèi)容 (2013-9-3 14:41):
如果我們把原子核和電子分離開(kāi)來(lái),，放在博物館給小伙伴們參觀，肯定很好玩了

作者: 番茄唐龍 時(shí)間: 2013-8-31 07:42

中等公差belee 發(fā)表于 2013-8-30 13:42
我一直沒(méi)想通的是這個(gè),，在給定電壓下（即給定磁場(chǎng)下）電子在一根導(dǎo)線里可以定向移動(dòng),，那么北京到廣東的直達(dá) ...

這只是現(xiàn)階段的理論，而且電子在導(dǎo)體中流動(dòng)并不是單獨(dú)的它是整體的,，也就是整個(gè)電子云被電場(chǎng)驅(qū)動(dòng),，不存在單個(gè)電子從北京跑到廣州的現(xiàn)象的，另外根據(jù)質(zhì)量守恒原理,，導(dǎo)體中的電子是不會(huì)丟失的,。

作者: jiuduan 時(shí)間: 2013-8-31 11:38

歐陽(yáng)絕痕發(fā)表于 2013-8-29 20:36
什么時(shí)候用步進(jìn)電機(jī)，什么時(shí)候用伺服電機(jī),，哪位大俠可以詳細(xì),、清晰地總結(jié)一下？

步進(jìn)的控制精度及定位穩(wěn)定性優(yōu)于伺服,！

伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速及加減速度性能優(yōu)于步進(jìn),！

如果你的應(yīng)用要求定位要準(zhǔn)、穩(wěn),，但對(duì)速度要求不高的場(chǎng)合,，選步進(jìn)！

如果你的應(yīng)用要求運(yùn)行平穩(wěn),、速度高,，有一定的定位要求（不是很精密），優(yōu)選伺服,！

作者: 沙灘的足跡 時(shí)間: 2013-8-31 11:51

jiuduan 發(fā)表于 2013-8-31 11:38
步進(jìn)的控制精度及定位穩(wěn)定性優(yōu)于伺服,！

伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速及加減速度性能優(yōu)于步進(jìn)！

不同意你最后一條,。步進(jìn)最大的弱點(diǎn)就是容易丟步,，控制不得當(dāng)或過(guò)載的情況。伺服是全能的,，速度牛比,，精度也牛逼，擴(kuò)展性強(qiáng),，可以搭配更高級(jí)的精密測(cè)量裝置,，適合全過(guò)程精密控制包括速度、位置,、加速度,。

作者: 沙灘的足跡 時(shí)間: 2013-8-31 14:53

jiuduan 發(fā)表于 2013-8-31 11:38
步進(jìn)的控制精度及定位穩(wěn)定性優(yōu)于伺服,！

伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速及加減速度性能優(yōu)于步進(jìn)！

大哥,，不是你專業(yè)內(nèi)的事,，就別搞笑了，給你補(bǔ)點(diǎn)課：

1.步進(jìn)電機(jī)的步走的再細(xì)再精,，從本質(zhì)上說(shuō),，他也是開(kāi)環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制,，能比得上閉環(huán)控制嗎,？現(xiàn)在的導(dǎo)彈和衛(wèi)星發(fā)射都已經(jīng)由開(kāi)環(huán)控制改為閉環(huán)控制了。為的是什么呢,？就是一個(gè)準(zhǔn)字,。他要用目標(biāo)作為實(shí)際值去追蹤。最終與目標(biāo)碰撞,。就像航天空間站的對(duì)接也是如此了,，那是什么？就是定位控制呀,�,？茖W(xué)家們管它叫“萬(wàn)里穿針”。開(kāi)環(huán)的控制再精再細(xì),，行嗎,？隨著時(shí)間和距離的延長(zhǎng)，那誤差就積累了,。而閉環(huán)控制呢,？恰恰是不斷的修正和消除這種運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的誤差,，而不是積累,！

2.伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性可高精度的位置控制，勝過(guò)步進(jìn)電機(jī),。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是開(kāi)環(huán)的,，是不可控的，它只會(huì)“走步”,，伺服電機(jī)就不同了,，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都是閉環(huán)控制的，可控,。位置也是,。

3精度指標(biāo)要看反饋、控制器,、執(zhí)行元件品質(zhì),。不能一概而論,，尤其不能單論電機(jī)；通常步進(jìn)電機(jī)都是開(kāi)環(huán)應(yīng)用,，精度當(dāng)然較差,；

作者: 番茄唐龍 時(shí)間: 2013-9-1 15:54

沙灘的足跡發(fā)表于 2013-8-31 14:53
大哥，不是你專業(yè)內(nèi)的事,，就別搞笑了,，給你補(bǔ)點(diǎn)課：

1.步進(jìn)電機(jī)的步走的再細(xì)再精，從本質(zhì)上說(shuō),，他也是 ...

有爭(zhēng)論是好事,，但不要傷了和氣。

作者: 番茄唐龍 時(shí)間: 2013-9-1 16:03

番茄唐龍發(fā)表于 2013-9-1 15:54
有爭(zhēng)論是好事,，但不要傷了和氣,。

在開(kāi)環(huán)控制下步進(jìn)電機(jī)主要靠細(xì)化步距角，或步進(jìn)細(xì)分來(lái)控制氣傳動(dòng)精度的,，這個(gè)和其機(jī)械制造精度及驅(qū)動(dòng)器的控制精度有關(guān),，而伺服一般是閉環(huán)控制的，可以通過(guò)編碼器的位置傳感器反饋角速度及位置信號(hào),，所以在編碼器每一轉(zhuǎn)的脈沖反饋數(shù)量達(dá)到一定值時(shí)其控制精度是相當(dāng)高的,，但是步進(jìn)電機(jī)也可以做成閉環(huán)系統(tǒng)的，另外步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)誤差不會(huì)積累的,，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)完一圈誤差自動(dòng)清零,，這也算一個(gè)優(yōu)勢(shì)吧。所以步進(jìn)電機(jī)和伺服應(yīng)該各有優(yōu)點(diǎn),，主要看用在什么場(chǎng)合,，綜合性能和經(jīng)濟(jì)適用性來(lái)選擇，沒(méi)有說(shuō)誰(shuí)有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)壓倒對(duì)方,，要不現(xiàn)在就不會(huì)有伺服和步進(jìn)之分了,。愚人淺見(jiàn)，還請(qǐng)大俠們指教,。

作者: 番茄唐龍 時(shí)間: 2013-9-1 16:12

沙灘的足跡發(fā)表于 2013-8-31 11:51
不同意你最后一條,。步進(jìn)最大的弱點(diǎn)就是容易丟步，控制不得當(dāng)或過(guò)載的情況,。伺服是全能的,，速度牛比，精度 ...

其實(shí)伺服也未必是全能的,，比如在某些環(huán)境干擾特別強(qiáng)的地方,，沒(méi)法構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，而又要求較高的位置精度,，那最好的選擇就是步進(jìn)電機(jī)了,，伺服在沒(méi)有閉環(huán)反饋系統(tǒng)的情況下和瞎子無(wú)異,，所以具體應(yīng)用是要分具體場(chǎng)合的，另外你說(shuō)步進(jìn)電機(jī)容易丟步,，那是應(yīng)為你給的脈沖頻率超過(guò)了其額定的啟動(dòng)頻率或者運(yùn)行頻率抑或電機(jī)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載慣量的比值太小,，所以才會(huì)丟步，而這些多是在最初的設(shè)計(jì)要考慮的,，步進(jìn)電機(jī)不是為丟步或越步而設(shè)計(jì)的,，沒(méi)有用不好的東西，只有不會(huì)用的,。

作者: 黃種人12345 時(shí)間: 2013-9-2 16:02
新手,，學(xué)習(xí)

作者: 中等公差belee 時(shí)間: 2013-9-3 14:26

番茄唐龍發(fā)表于 2013-8-31 07:42
這只是現(xiàn)階段的理論，而且電子在導(dǎo)體中流動(dòng)并不是單獨(dú)的它是整體的,，也就是整個(gè)電子云被電場(chǎng)驅(qū)動(dòng),，不存在 ...

好吧，既然單個(gè)原子不會(huì)跑到廣東去,，那么他們組團(tuán)應(yīng)該可以去吧

作者: 奇_點(diǎn) 時(shí)間: 2013-9-3 14:58

中等公差belee 發(fā)表于 2013-8-30 13:42
我一直沒(méi)想通的是這個(gè),，在給定電壓下（即給定磁場(chǎng)下）電子在一根導(dǎo)線里可以定向移動(dòng)，那么北京到廣東的直達(dá) ...

要分離,，觀測(cè)電子有離子阱可以捕捉

作者: jhg1977 時(shí)間: 2013-9-3 20:29
本帖最后由 jhg1977 于 2013-9-3 20:34 編輯

番茄唐龍發(fā)表于 2013-9-1 16:03
在開(kāi)環(huán)控制下步進(jìn)電機(jī)主要靠細(xì)化步距角,，或步進(jìn)細(xì)分來(lái)控制氣傳動(dòng)精度的，這個(gè)和其機(jī)械制造精度及驅(qū)動(dòng)器的 ...

步進(jìn)閉環(huán)控制已經(jīng)比較成熟,，韓國(guó)日本都有成熟產(chǎn)品,，國(guó)內(nèi)泰科伺服有類同的仿造產(chǎn)品，可以完全避免失步的問(wèn)題,。
當(dāng)然在選型的時(shí)候仍然需要把扭矩,、慣量搭配好。
步進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是靜止時(shí)無(wú)抖動(dòng),，所以在這方面有要求的場(chǎng)合如CCD等檢測(cè)設(shè)備是優(yōu)選的,。
交流伺服的速度和精度那是沒(méi)得說(shuō)，但靜止的時(shí)候有微抖動(dòng),。

作者: 拉普拉斯 時(shí)間: 2013-9-3 20:42
看樣子大家控制原理,，都喜歡逃課啊

作者: 電工小菜鳥(niǎo) 時(shí)間: 2013-9-12 14:28
步進(jìn)的弱點(diǎn)丟步,，主要是因?yàn)樗牧剌敵霾环€(wěn)定,，跟速度有關(guān)，負(fù)載相同的情況下,，轉(zhuǎn)速越快,，力矩越小，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候,，就過(guò)沖了
伺服的力矩輸出很穩(wěn)定
關(guān)于步進(jìn)是開(kāi)環(huán)的問(wèn)題,，不必計(jì)較,，因?yàn)楝F(xiàn)在市場(chǎng)上有一種稱之為“混合伺服”的產(chǎn)品，其實(shí)就是雙軸頭的步進(jìn)電機(jī),，一端加了跟蹤誤差的編碼器,，

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