步进电机定位失准故障检测与维护软硬件故障？

Question

如题所述

Answer 1

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此也经常会出现一些定位不准的故障。

步进电机定位不准一般由以下几方面原因引起：
 

1、 改变方向时丢脉冲，表现为往任何一个方向都准，但一改变方向就累计偏差，并且次

数越多偏得越多；

2、 初速度太高，加速度太大，引起有时丢步；

3、 在用同步带的场合软件补偿太多或太少；

4、 马达力量不够；

5、 控制器受干扰引起误动作；

6、 驱动器受干扰引起；

7、 软件缺陷；

针对以上问题分析如下：

1、一般的步进驱动器对方向和脉冲信号都有一定的要求，如：方向信号在第一个脉冲上升沿或下降沿（不同的驱动器要求不一样）到来前数微秒被确定，否则会有一个脉冲所运转的角度与实际需要的转向相反，最后故障现象表现为越走越偏，细分越小越明显，解决办法主要用软件改变发脉冲的逻辑或加延时。

2、由于步进电机特点决定初速度不能太高，尤其带的负载惯量较大情况下，建议初速度在1r/s以下，这样冲击较小，同样加速度太大对系统冲击也大，容易过冲，导致定位不准。

3、根据实际情况调整补偿参数值，（因为同步带弹性形变较大，所以改变方向时需加一定的补偿）。

4、适当地增大马达电流，提高驱动器电压（注意选配驱动器）选扭矩大一些的马达。

5、系统的干扰引起控制器或驱动器的误动作，我们只能想办法找出干扰源，降低其干扰能力（如屏蔽，加大间隔距离等），切断传播途径，提高自身抗干扰能力，常见措施：

①用双纹屏蔽线代替普通导线，系统中信号线与大电流或大电压变化导线分开布线，降低电磁干扰能力。

②用电源滤波器把来自电网的干扰波滤掉，在条件许可下各大用电设备的输入端加电源滤波器，降低系统内各设备之间的干扰。

③设备之间最好用光电隔离器件进行信号传送，在条件许可下，脉冲和方向信号最好用差分方式加光电隔离进行信号传送。在感性负载（如电磁继电器、电磁阀）两端加阻容吸收或快速泄放电路，感性负载在开头瞬间能产生10~100倍的尖峰电压，如果工作频率在20KHZ以上。

6、软件做一些容错处理，把干扰带来影响消除。

步进电机位置定位精度的解决方法
驱动电路的改善

一、额定电压（电流）驱动：从额定电压降低电压来驱动 步进电机，发现位置定位精度变差。

例如：在空载时，用编码器作为负载，在额定电压（电流）时的精度与低于额定电压（电流）比较，精度变化较大。如上图所示，齿槽转矩使特性畸变的程度依据所加电压而不同，电压越低，齿槽转矩影响越明显。作者经验认为角度精度太差是很麻烦的，会引起测量电压（电流）不准。大家会注意到，转矩与电压有一定关系，而此关系如不同，会使空载时的角度精度变得很差或成为盲点。

二、2相激磁驱动：1相激磁驱动定子齿与转子齿作位置定位。相对2相激磁，由定子的2个相绕组激磁，转子齿磁场与定子磁场平衡，作位置定位。因1相激磁驱动时，其误差精度为各定子相的本身机械精度，而2相激磁误差，由多极位置决定，误差有所缓解，精度变好。特别是纵列型的两相PM型步进电机，1相激磁与2相激磁比较，1相激磁精度会差一些。

三、多步进位置定位：两相步进电机时以2或4步进位置定位驱动；三相步进电机3或6步进位置定位驱动。《步进电机步距角度精度的测量》一文中提到的是两相HB型步进电机的例子，如每4步进位置定位，精度大幅提高。

例如，每1.8°位置定位时，1.8°并非使用全步进，而是使用0.9°的步进电机，以2步进驱动1.8°位置定位，全步进选择0.6°的步进电机，3步进驱动有0.6°×3=1.8°的驱动方式。此种方式可以大大提高精度。

电机的改善

微调定子结构的改善：已知定子的微调结构能改善位置定位精度。以两相电机为例，微调结构，可以降低齿槽转矩，距角特性变为正弦波。三相HB型1.2°的步进电机，六主极无微调，与12主极有微调的全步进驱动时的位置精度比较如下图所示：

1/8细分驱动时的位置定位精度比较如下图所示：

三相12主极微调结构步进电机全步进时，位置定位精度可以改善±2%以内。在细分时，微调结构精度提高近50%。细分步距角精度比全步距角运行的精度大。步距采用8分割时，步距角为1.2°/8=0.15°，以此作为控制计算基准，其精度值当然比全步距角时要高。

三相HB型高分辨率电机的改善：三相HB型步进电机有2相1.8°的1/3，即0.6°的髙分辨率电机，由于驱动芯片可以在市场上买到，所以可以很容易地实现高精度位置定位。

RM型细分时的改善：以HB型步进电机细分的角度，用于位置定位时，其精度会有问题。RM型10细分位置定位时，计算出的位置是线性变化的，微步进细分时的角度精度比较。

Answer 2

嗯，官这个步进电机就定位失准，故障检测到有维修这个东西的话是可以的，最好还是寄到他们厂家里面，他们厂家有专业的维修人员，这样才好一点，自己违法肯定不行
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。[1]

中文名
步进电机
外文名
stepping motor
属性
感应电机的一种
别称
脉冲电动机[1]
工作原理
按电磁学原理，将电能转为机械能
快速
导航
主要分类

主要构造

控制策略
简介
步进电机又称为脉冲电机，基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。其原始模型是起源于1830年至1860年间。1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电机。二十世纪初，在电话自动交换机中广泛使用了步进电机。由于西方资本主义列强争夺殖民地，步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电机的控制方式更加灵活多样。[2]
步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。[2]
我国的步进电机在二十世纪七十年代初开始起步，七十年代中期至八十年代中期为成品发展阶段，新品种和高性能电机不断开发，目前，随着科学技术的发展，特别是永磁材料、半导体技术、计算机技术的发展，使步进电机在众多领域得到了广泛应用。[2]
步进电机控制技术及发展概况
作为一种控制用的特种电机，步进电机无法直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动器）。在微电子技术，特别计算机技术发展以前，控制器（脉冲信号发生器）完全由硬件实现，控制系统采用单独的元件或者集成电路组成控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。这就使得需要针对不同的电机开发不同的驱动器，开发难度和开发成本都很高，控制难度较大，限制了步进电机的推广。[2]
由于步进电机是一个把电脉冲转换成离散的机械运动的装置，具有很好的数据控制特性，因此，计算机成为步进电机的理想驱动源，随着微电子和计算机技术的发展，软硬件结合的控制方式成为了主流，即通过程序产生控制脉冲,驱动硬件电路。单片机通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出了电机的潜力。因此，用单片机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋。[2]
主要分类
步进电动机的结构形式和分类方法较多，一般按励磁方式分为磁阻式、永磁式和混磁式三种；按相数可分为单相、两相、三相和多相等形式。[1]
在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。步进电机的运行性能与控制方式有密切的关系，步进电机控制系统从其控制方式来看，可以分为以下三类：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。半闭环控制系统在实际应用中一般归类于开环或闭环系统中。[2]
主要构造
三相磁阻式步进电动机模型的结构示意图如图所示。它的定、转子铁心都由硅钢片叠成。定子上有六个磁极，每两个相对的磁极绕有同一相绕组，三相绕组接成星形作为控制绕组；转子铁心上没有绕组，只有四个齿，齿宽等于定子极靴宽。[1]
步进电机加减速过程控制技术
正因为步进电机的广泛应用,对步进电机的控制的研究也越来越多，在启动或加速时如果步进脉冲变化太快，转子由于惯性而跟随不上电信号的变化，产生堵转或失步在停止或减速时由于同样原因则可能产生超步。为防止堵转、失步和超步，提高工作频率,要对步进电机进行升降速控制。[2]
步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步力矩而启动的，为了不发生失步,启动频率是不高的。特别是随着功率的增加,转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差十倍之多。[2]
步进电机的起动频率特性使步进电机启动时不能直接达到运行频率，而要有一个启动过程，即从一个低的转速逐渐升速到运行转速。停止时运行频率不能立即降为零，而要有一个高速逐渐降速到零的过程。[2]
步进电机的输出力矩随着脉冲频率的上升而下降,启动频率越高，启动力矩就越小，带动负载的能力越差，启动时会造成失步，而在停止时又会发生过冲。要使步进电机快速的达到所要求的速度又不失步或过冲，其关键在于使加速过程中,加速度所要求的力矩既能充分利用各个运行频率下步进电机所提供的力矩，又不能超过这个力矩。因此,步进电机的运行一般要经过加速、匀速、减速三个阶段,要求加减速过程时间尽量的短，恒速时间尽量长。特别是在要求快速响应的工作中，从起点到终点运行的时间要求最短，这就必须要求加速、减速的过程最短，而恒速时的速度最高。[2]
国内外的科技工作者对步进电机的速度控制技术进行了大量的研究，建立了多种加减速控制数学模型，如指数模型、线性模型等，并在此基础上设计开发了多种控制电路，改善了步进电机的运动特性，推广了步进电机的应用范围指数加减速考虑了步进电机固有的矩频特性,既能保证步进电机在运动中不失步，又充分发挥了电机的固有特性，缩短了升降速时间，但因电机负载的变化，很难实现而线性加减速仅考虑电机在负载能力范围的角速度与脉冲成正比这一关系，不因电源电压、负载环境的波动而变化的特性，这种升速方法的加速度是恒定的，其缺点是未充分考虑步进电机输出力矩随速度变化的特性，步进电机在高速时会发生失步。[2]
步进电机的细分驱动控制
步进电机由于受到自身制造工艺的限制，如步距角的大小由转子齿数和运行拍数决定，但转子齿数和运行拍数是有限的，因此步进电机的步距角一般较大并且是固定的,步进的分辨率低、缺乏灵活性、在低频运行时振动，噪音比其他微电机都高,使物理装置容易疲劳或损坏。这些缺点使步进电机只能应用在一些要求较低的场合，对要求较高的场合，只能采取闭环控制，增加了系统的复杂性，这些缺点严重限制了步进电机作为优良的开环控制组件的有效利用。细分驱动技术在一定程度上有效地克服了这些缺点。[2]
所以说不仅惦记他自己是没办法维修的，因为它里面东西的话是比较好，有群主总结的，所以说自己不好维修，也没有专业的检测工具