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教你如何学会控制步进电机全闭环的技巧
　　步进电机的全闭环是如何控制的呢?有哪些技巧可以简单学会的呢，下面介绍控制全闭环的小技巧吧：
　　步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定，在低端行业应用广泛，步进电机运动控制实现全闭环，是工控行业的一大难题。主要问题有两个，原点的不确定性和失步，目前，采用高速光电开关作为步进电机控制系统的原点，这个误差在毫米级，所以在精确控制领域，是不能接受的;另外，为了提高运行精度，步进电机系统的驱动采用多细分，有的大于16，假如用在往复运动过程中，误差大的惊人，已经不能适应加工领域，为此，提出步进电机全闭环控制系统，以适应目前运动控制领域的需求。
　　步进电机失步控制：根据编码器的反馈数据，实时调整输出脉冲，根据失步调整程度，采取相应办法。
　　步进电机硬件连接：硬件连接加装编码器，根据细分要求，采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。
　　步进电机原点控制：根据编码器的Z信号，识别、计算坐标原点，同数控系统相同，精度可以达到2/编码器解析度×4。
　　步进电机技术指标：1)输入输出相应频率：≤1M;2)脉冲同步时间误差：≤10(主要延误在反向修正，不考虑反向修正，≤10us);3)重定位电气精度： ≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分);4)重定位原点电气精度≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分);5)适应PNP,NPN接口;6)适应伺服脉冲控制;7)适应各种编码其接口
　　步进电机电路原理描述：电路采用超大规模电路FPGA,输入、输出可以达到兆级的相应频率，电源3.3V,利用2596开关电源，将24V转为3.3V,方便实用，输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算，及时修正输出脉冲量和频率。
　　步进电机应用描述：本电路有两种模式，返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时，进入原点模式，反之，进入运行模式。在原点模式，以同步于输入脉冲的频率输出脉冲，当碰到原点开关后，降低输出脉冲频率，根据编码器的Z信号，识别、计算坐标原点。返回原点完成后，输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下，永远保持。在运行模式，以同步于输入脉冲的频率输出脉冲，同时计算反馈数据，假如出现误差，及时修正。另外，大惯量运行时，加减速设置不合理的情况下，可能会及时反向修正。
　　所以说，步进电机运动控制一旦解决上述问题，增加数百元成本的情况下可以实现全闭环控制，毫不逊色于伺服系统，特别是其价格低廉、控制简单、寿命长久的特点在某些场合，优于伺服系统。
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扫一扫二维码保存联系信息闭环步进电机是什么_步进电机开环与闭环有何区别
　　步进电动机的控制方式一般分为开环控制与闭环控制两种控制方式，其中开环控制步进电机最简单的控制方式就是玎环控制系统，在这样的控制方式下，步进电机控制脉冲的输入并不依赖于转子的位置，反而是按一固定的规律发出其控制脉冲，步进电机仅依靠这一系列既定的脉冲而工作，这种控制方式由于步进电机的独特性而比较适合于控制步进电机。
　　闭环步进电机是什么
　　闭环控制是控制论的一个基本概念。指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或） 速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电动机的性能。
　　在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时，扩大工作速度范围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。
　　闭环步进电机的控制方式
　　步进电机的闭环控制方式大致分为两种：
　　1、使激磁磁通与电流的相位关系保持一致，使其产生能带动负载转矩的电磁转矩，这种控制电机电流的方式与无刷直流电机控制方式相同，称为无刷驱动方式或电流闭环控制方法。
　　2、电机电流保持一定，控制激磁磁通与电流相位角的方式，称为功率角闭环控制方法。功率角为转子磁极与定子激磁相（或认为是同步电机的定子旋转磁场轴线也可以）相互吸引所成的相位角。此功率角在低速时或轻载时较小，高速时或高负载时较大。引用前文开环控制的原理部分中的下图所示，&杠A&相吸引转子磁极，其次&杠B&相激磁时的角度有&/2，转子磁极位于&杠A&相前缘（图中转子的S极位于A相的左侧）时，使磁极&杠B&相开始激磁。
　　为什么？因为高速时，受线圈电感的影响，使A相电流的关断时间延长，B相电流上升时间也延长，因此，产生最大转矩加速的角度，其值随速度变快而变大。
　　闭环步进电机工作原理图
　　这种控制方式是直接或间接地检测出转予（或负载）的位置或速度，然后通过反馈和适当的处理，自动地给出步进电机的驱动脉冲序列，这个驱动脉冲序列是根据负载或转子的位置而随时变化的这种控制方式的实现方法很多，在要求精度很高的场合，结合微步驱动技术及微型计算机控制技术，可以实现很高的位置精度要求。
　　闭环步进电机的优势
　　a、随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩频特性。
　　b、闭环控制下，输出功率/转矩曲线得以提高，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度范围内，电流也能够充分转换成转矩。
　　C、闭环控制下，效率一转矩曲线提高。
　　d、采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。
　　e、利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。
　　f、闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较IV步内通过某个路径间隔的时间得出：
　　g、应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3 倍，速度可增到3.6倍。闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。
　　步进电机开环与闭环有何区别
　　1、开环控制内容让对方执行就好了。没有反馈。 闭环控制需要对方执行并且报告给你。要有反馈。
　　2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间，可以借此判断。
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电信与信息服务业务经营许可证：粤B2-【知识普及】闭环控制为步进电机带来的应用价值，你知道吗？
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2017年4月刊，原标题为：闭环控制为步进电机带来更多的应用价值
闭环式步进电机有助于为那些需要伺服电机性能的应用提供高精度和效率。
技术进步正在改变着步进电机和伺服电机之间的性价比，以满足各种要求苛刻的工业自动化应用。有了闭环技术，经济一些的步进电机进入到了那些被认为不适合更贵的伺服电机领域的应用场合。技术进步正在改变步进电机和伺服电机之间的性价比，以满足各种苛刻的工业自动化应用。 通过采用闭环技术，较便宜的步进电机正在进入到一些被认为只有更昂贵的伺服电机才适用的领域中。
图示的是混合式步进电机的机器构造。图片来源：Servotronix
传统观点认为，对于要求速度大于每分钟800转以及要求高度动态响应的应用场合，伺服控制系统是具有优势的。对于在低速运行的、产生中低加速度的、以及要求高保持转矩的应用场合，步进电机是更好的选择。
当闭环步进电机过载到失速状态时，它们会保持住而不会失去转矩。移除了阻塞负载之后，它们会继续运行。在位置传感器保证不会丢失步数的情况下，可以保证任何设定速度下的最大转矩。因此，闭环步进电机的选型可以与它们的应用场合的转矩要求密切匹配，而不需要40%的额外余量。
对于开环步进电机，由于失去步数的风险使得高的瞬时转矩的要求很难实现。闭环步进电机可以实现很快的加速度，可以静音运行，与传统步进电机相比共振更少，并能在更高的带宽下运行。步进电机的设计师将电子系统与电机集成在一起，可以减少电缆接线，简化实施过程、以及实现无柜体机器。
一家全球自动化公司，将其生产和销售的用于窗户木框加工的精密CNC机床做了改进，不再使用伺服电机，转而采用闭环步进电机。在转变之前，制造木框的应用和工艺要求在每个机器内使用20到30个气动的和电子的伺服电机。伺服电机的成本对于每台机器的总体成本来说是主要的影响因素。单体的、安装在柜体内的伺服编码器所需的额外的电缆数量延长了安装时间，并且让维护工作更加复杂。
在一个降低成本的试点项目中，在一台木材加工机器中使用闭环回路步进电机取代伺服电机，以此看看步进电机是否达到性能目标。仅仅改变电机，运动控制器和通讯协议仍保持不变。几个月之后，在获得技术支持的情况下，该公司确定其基于步进电机的机器完成了实施的目标。由于步进电机与电子系统集成在一起，需要的电缆更少，因此维护工作也更加简单。
接下来，是确定安装步进电机的机器是否能够满足精度、加速度、能耗以及其他性能指标。经过了一个月的试运行，该公司发现闭环步进电机让其机器满足了所有技术规范以及机器性能要求，同时降低了复杂性并将每台机器的成本降低超过5%。
闭环步进电机可以改变运动控制的性价比。出众的精度和能源效率让步进电机可以在那些更贵的伺服电机占主导的领域里运行。闭环步进电机可以工作在多轴应用场合、负载变化时的定位任务，以及需要静音运行、稳定时间短和精度要求高的应用场合。
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摘要: 一、步进电机的开环控制 1、步进电机开环伺服系统的一般构成
图1 步进电机开环伺服系统
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。因 ...
&&&& 一、的开环控制&&&& 1、步进电机开环伺服系统的一般构成
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&&&& 步进的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。图为开环步进电动机控制系统框图，系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。&&&& 2、步进电机的控制器&&&& 1、步进电机的硬件控制&&&& 步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制一定的脉冲数，即可精确控制步进电动机转过的相应的角度。但步进电动机的各绕组必须按一定的顺序通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的过程称为环形脉冲分配。&&&& 实现环形分配的方法有两种。一种是计算机软件分配，采用查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满足速度和方向要求的环形分配脉冲信号。这种方法能充分利用计算机软件资源，以减少硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲分配更显示出它的优点。但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。&&&& 另一种是硬件环形分配，采用数字电路搭建或专用的环形分配器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。采用数字电路搭建的环形分配器通常由分立元件（如触发器、逻辑门等）构成，特点是体积大、成本高、可靠性差。&&&& 2、步进电机的微机控制：
&&&& 目前，伺服系统的数字控制大都是采用硬件与软件相结合的控制方式，其中软件控制方式一般是利用微机实现的。这是因为基于微机实现的数字伺服控制器与模拟伺服控制器相比，具有下列优点： &&&& （1） 能明显地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很便宜。体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。 &&&& （2） 可显著改善控制的可靠性。和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电路。 &&&& （3） 数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。 &&&& （4） 硬件电路易标准化。在电路集成过程中采用了一些屏蔽措施，可以避免电子电路中过大的瞬态电流、电压引起的电磁干扰问题，因此可靠性比较高。 &&&& （5） 采用微处理机的数字控制，使信息的双向传递能力大大增强，容易和上位系统机联运，可随时改变控制参数。 &&&& （6） 可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路，其中软件可以模块化设计，拼装构成适用于各种应用对象的控制算法；以满足不同的用途。软件模块可以方便地增加、更改、删减，或者当实际系统变化时彻底更新。 &&&& （7） 提高了信息存贮、监控、诊断以及分级控制的能力,使伺服系统更趋于智能化。 &&&& （8） 随着微机芯片运算速度和存贮器容量的不断提高，性能优异但算法复杂的控制策略有了实现的基础。&&&&& 3、步进电机的功率驱动电路&&&& 要使步进电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，必须为步进电机提供足够功率的控制信号，实现这一功能的电路称为步进电动机驱动电路。驱动电路实际上是一个功率开关电路，其功能是将环形分配器的输出信号进行功率放大，得到步进电动机控制绕组所需要的脉冲电流及所需要的脉冲波形。步进电动机的工作特性在很大程度上取决于功率驱动器的性能，对每一相绕组来说，理想的功率驱动器应使通过绕组的电流脉冲尽量接近矩形波。但由于步进电动机绕组有很大的电感，要做到这一点是有困难的。&&&& 常见的步进电动机驱动电路有二种：
图4.6 步进电机驱动电路
&&&& 1）单电压驱动电路 &&&& 这种电路采用单一供电，结构简单，成本低，但电流波形差，效率低，输出力矩小，主要用于对速度要求不高的小型步进电动机的驱动，图6-19所示步进电动机的一相绕组驱动电路（每相绕组的电路相同）。 &&&& 当环形分配器的脉冲输入信号 为低电平（逻辑0，约1V）时，虽然VT1、管都导通，但只要适当选择的阻值，使&0（约为-1V），那么管就处于截止状态，该相绕组断电。当输入信号 为高电平3.6V（逻辑1）时。&0（约为0.7V），管饱和导通，该相绕组通电。&&&& 2）双电压驱动电路 又称高低压驱动电路，采用高压和低压两个电源供电。在步进电动机绕组刚接通时，通过高压电源供电，以加快电流上升速度，延迟一段时间后，切换到低压电源供电。这种电路使电流波形、输出转矩及运行频率等都有较大改善。&&&& 当环形分配器的脉冲输入信号为高电平时（要求该相绕组通电），的基极都有信号电压输入，使均导通。于是在高压电源作用下（这时二极管两端承受的是反向电压，处于截止状态，可使低压电源不对绕组作用）绕组电流迅速上升，电流前沿很陡。当电流达到或稍微超过额定稳态电流时，利用定时电路或电流检测器等措施切断基极上的信号电压，于是截止，但此时仍然是导通的，因此绕组电流即转而由低压电源经过二极管供给。当环形分配器输出端的电压为低电平时（要求绕组断电），基极上的信号电压消失，于是截止，绕组中的电流经二极管及电阻向高压电源放电，电流便迅速下降。采用这种高低压切换型电源，电动机绕组上不需要串联电阻或者只需要串联一个很小的电阻（为平衡各相的电流），所以电源的功耗比较小。由于这种供压方式使电流波形得到很大改善，所以步进电动机的转矩一频率特性好，启动和运行频率得到很大的提高。&&&& 二、步进电机的闭环控制&&&& 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
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