步进电机全闭环控制
步进电机的开环控制和闭环控制
步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握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挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。
因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。
图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。
但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。
实现环形安排的方法有两种。
一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。
这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。
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。
另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。
采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。
2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。
这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。
速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。
体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。
（2）可显著改善掌握的牢靠性。
集成电路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子电路。
（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。
步进电机闭环伺服系统的高精度控制
Ｈｉ ｇ ｈ － 。 ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｔ ｅ ｐｐ ｉ ｎ ｇ Ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ
步 进 电机 闭环 伺 服 系统 的 高精 度控 制
翁孚 达 ， 周起 华
（ 上海 无 线 电设 备 研究 所 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ０ ）
摘 要 ： 针 对 步进 电机 的特 点 ， 给 出了细分驱 动原 理 ， 研 究 出一种 通过 ＲＳ ４ ２ ２串口通讯 来
控 制 步进 电机 闭环 伺服 系统的 方法 。 实验 结 果表 明 ， 该 方 法 具有 控 制 灵 活、 操作简单、 控 制 精 度 高和 扩展 性 强等 特 点 。
有 着严格 的对 应 关 系 ， 即 一个 脉 冲信 号 可使 步 进
０ 引 言
步进 电机是一 种 将数 字式 脉 冲信 号转换 成 机 械位 移 （ 角位 移 或 线 位 移 ） 的机 电执行 元 件Ⅲ ， 具 有 动态 力 矩大 、 抗 干 扰 能力 强 和 定 位 精 度 高 等 优 点， 被 广 泛应用 于 数控 装置 、 自动化 仪 器等 机 电一
ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｆ ｌ ｅ ｘ ｉ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏｌ ，ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｈ ｉ ｇｈ — ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｏｎ ｇ ｅ ｘｐ ａ ｎｓ ｉ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｓ ｔ ｅ ｐｐ ｉ ｎｇ ｍｏｔ ｏ ｒ；ｃ ｌ ｏｓ ｅ ｄ ｌ ｏ ｏ ｐ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏｌ ；ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
步进电机有几种工作方式
步进电机有几种工作方式在现代工业和自动化领域中，步进电机是一种常用的电动机之一。
步进电机具有结构简单、运行稳定、定位准确等优点，被广泛应用于各种设备和系统中。
根据不同的控制方式和工作原理，步进电机可以分为几种不同的工作方式。
1. 开环控制方式开环控制方式是步进电机最基本的工作方式之一。
在开环控制下，系统仅根据输入的脉冲信号来驱动步进电机，而没有反馈信号用于监测电机的实际运动情况。
这意味着系统无法实时调整电机的运行状态，容易出现失步或者误差累积的问题。
开环控制方式适用于一些对定位精度要求不高的场合，成本较低。
2. 半闭环控制方式半闭环控制方式在开环控制的基础上增加了位置传感器或编码器等反馈装置，用于监测步进电机的实际位置信息。
根据反馈信号，系统可以进行部分的位置校正，提高了系统的稳定性和定位精度。
半闭环控制方式适用于一些对定位精度要求较高的场合，但相比全闭环控制，其成本和复杂度较低。
3. 全闭环控制方式全闭环控制方式是步进电机的高级控制方式之一。
在全闭环控制下，系统不仅通过位置传感器获取电机的实际位置信息，还将这些信息反馈给控制器进行实时校正。
这样可以确保步进电机在高速运动或负载变化时仍能保持准确的位置控制，提高了系统的响应速度和稳定性。
全闭环控制方式适用于对精准定位和高速响应要求较高的场合，但相应地增加了系统的成本和调试难度。
4. 微步进控制方式除了以上三种基本的控制方式外，还有一种常见的控制方式是微步进控制。
微步进控制通过改变步进电机的相间电流波形，将每一步的细分成更小的微步，从而使电机的1转动更加平滑和精确。
相较于传统的全步进控制方式，微步进控制可以提高电机的分辨率和平稳性，但也会增加电机的功耗和控制复杂度。
不同的工作方式适用于不同的应用场合，用户可以根据自身需求和预算选择合适的步进电机控制方式。
在实际应用中，需综合考虑定位精度、速度要求、成本限制等因素，选择最适合的控制方式，以达到最佳的工作效果。
步进电机得闭环控制方法
步进电机得闭环控制方法
步进电机的闭环控制方法是通过检测电机的实际位置或速度，并将其与期望的位置或速度进行比较，然后调整电机的控制信号，以实现更精确的控制。
以下是一些常见的步进电机闭环控制方法：
1. 编码器反馈：在电机轴上安装编码器，通过检测编码器的输出信号，可以实时获取电机的位置和速度信息。
然后将这些信息反馈给控制器，控制器根据反馈信号调整电机的控制信号，以实现精确的位置和速度控制。
2. 霍尔传感器反馈：在电机转子上安装霍尔传感器，通过检测霍尔传感器的输出信号，可以获取电机的位置信息。
然后将这些信息反馈给控制器，控制器根据反馈信号调整电机的控制信号，以实现精确的位置控制。
3. 反电动势反馈：在电机绕组中产生的反电动势可以反映电机的转速信息。
通过检测反电动势的大小和相位，可以获取电机的速度信息。
然后将这些信息反馈给控制器，控制器根据反馈信号调整电机的控制信号，以实现精确的速度控制。
4. 无传感器闭环控制：这种方法不需要安装额外的传感器，而是通过检测电机的相电流和相电压，以及计算电机的磁链和转矩，来实现对电机的闭环控制。
这种方法需要复杂的控制算法和信号处理技术，但可以实现高精度的位置和速度控制。
在实际应用中，选择哪种闭环控制方法取决于具体的应用需求和
系统成本等因素。
半闭环全闭环
1．开环进给伺服系统
开环进给伺服系统是数控机床中最简单的伺服系统，执行元件一般为步进电机，
开环进给伺服系统的精度较低，速度也受到步进电动机性能的限制。
但由于其结构简单，易于调整，在精度要求不太高的场合中得到较广泛的应用。
2．闭环控制系统
因为开环系统的精度不能很好地满足数控机床的要求，所以为了保证精度，最根本的办法是采用闭环控制方式。
闭环控制系统是采用直线型位置检测装置（直线感应同步器、长光栅等）对数控机床工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的位置伺服系统.
木工加工中心| 变压器绝缘件加工中心|环氧板加工中心
闭环控制系统将数控机床本身包括在位置控制环之内，因此机械系统引起的误差可由反馈控制得以消除，但数控机床本身固有频率、阻尼、间隙等的影响，成为系统不稳定的因素，从而增加了系统设计和调试的困难。
故闭环控制系统的特点是精度较高，但系统的结构较复杂、成本高，且调试维修较难，因此适用于大型精密机床。
3．半闭环控制系统
采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称作半闭环控制系统，半闭环控制系统的检测装置有两种安装方式：一种是把角位移检测装置安装在丝杠末端；另一种是把角位移检测装置安装在电动机轴端。
半闭环控制系统的精度比闭环要差一些，但驱动功率大，快速响应好，因此适用于各种数控机床。
对半闭环控制系统的机械误差，可以在数控装置中通过间隙补偿和螺距误差补偿来减小系统误差。
步进电机闭环系统与开环系统的区别
现如今步进电机设备被广泛运用在生活的各个领域，对人们的生活带来了很多的便利。
步进电机的主要优点之一是适于开环控制。
但是，步进电机的开环控制无法避免步进电机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。
另一方面，开环控制的步进电机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度相对较低。
因此，在精度和稳定性要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。
步进电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。
步进电机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点：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，闭环控制改善了矩频特性。
b.闭环控制下，输出功率/转矩曲线得以改善，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/转矩曲线得以改善。
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：n-步进电机转换拍数(N>n)。
g.应用闭环驱动，效率、功率和速度同时得到提高。
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机。
步进电机闭环驱动具有步进电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，闭环控制的步进电机将获得广泛应用。
深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。
我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
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，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，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。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分；
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电；高低电压控制在单电压控制的基础上，用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通，两个开关串联，两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。
达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。
步进电机的开环控制和闭环控制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
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。
步进电机(实时补偿型)闭环控制器 说明书
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步进电机 （实时补偿型） 闭环控制器使用手册 Version 1.08
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步进电机 （实时补偿型） 闭环控制器使用手册 Version 1.08
2、特点：
a 安全性高。 b 可仅当数显屏使用。 c 参数设置及调试简单。 d 防止步进电机失步和过冲。 e 能与上位机通讯，报告电机工作状态。 f 输入和输出能选择单脉冲或双脉冲的工作方式。 g 有左右限位功能，并且能自动退出被限位的状态。 h 根据工作的情况可以大幅提高步进系统的运行速度和效率。 i 输入和输出为差分端口，可以适应共阴或共阳的接法。 j 通过自带的按钮可以对显示值进行清零、分中和移动到零的操作。 k 在电机运转过程中，能即时的对丢失的脉冲进行高速补偿或反补偿。 l 节约能源和资源（选用更小尺寸的步进电机和电流达到同样的效果） 。 m 步进电机加、减速更为迅速，对升、降速曲线要求低，甚至完全不需要。 n 能配合现有的任何步进电机和电机驱动器（两相、三相、五相电机系统） 。 o 自带 8 位数码管显示，能自由的设定系数，转换成当前坐标位置并动态显示。 p 当步进电机被外力堵转或行程开关被撞到能对外输出报警信号并发出声、光提示。 q 既能适应增量式编码器，又能与光栅电子尺配合构成全闭环控制，得到更好的定位精度。 r 通过自带的按钮可以让机床进入手动操作状态，同时也可以对显示值进行清零和分中的操作。 s 控制器能自动的调整电机转速适应机械系统中不确定的阻力点并且通过它， 不会让电机被堵转。 t 电机在运转中或静止时，即使受到外力强力干预，外力撤除后，电机依然会自动恢复原来的运 行状态和坐标位置，零位永远不会偏移。
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半导体器件应用网
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步进电机全闭环控制
【大比特导读】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。
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。
1、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。
2、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。
3、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。
下图是电路原理
4、电路原理描述
半导体器件应用网
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。
5、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。
6、技术指标
(1)输入输出相应频率：≤1M;
(2)脉冲同步时间误差：≤10ms;(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，可能优于伺服系统。