提高步進馬達精度的方法

在工程領域眾所周知，機械公差對可以想像到的每種類型的設備的精度和準確度都有重大影響，無論其用途如何。這個事實也適用於步進馬達。例如，標準建構的步進馬達的容差水準約為每步 ±5% 的誤差。順便說一句，這些是非累積錯誤。大多數步進馬達每步移動 1.8 度，這會導致 0.18 度的潛在誤差範圍，即使我們談論的是每轉 200 步（見圖 1）。

兩相步進馬達 - GSSD 系列

微步進確保精確度

標準的、非累積的精度為 ±5%，提高精度的第一個也是最合理的方法是對馬達進行微步進。微步進是一種控制步進馬達的方法，不僅可以實現更高解析度，而且可以在低速下實現更平滑的運動，這在某些應用中可能是一個很大的好處。

讓我們從 1.8 度的步距角開始。此步距角意味著隨著馬達減慢，每個步長將成為整體的較大部分。在越來越慢的速度下，相對較大的步長會導致馬達出現齒槽效應。緩解低速運轉平穩性下降的一種方法是減少每個馬達步長的大小。這就是微步進成為重要替代方案的地方。

微步進是透過使用脈寬調變 (PWM) 控制馬達繞組的電流來實現的。發生的情況是，馬達驅動器向馬達繞組傳送兩個電壓正弦波，每個正弦波彼此之間存在 90 度的相位差。因此，當一個繞組中的電流增加時，另一繞組中的電流會減少，從而產生逐漸的電流傳輸，與標準全步（甚至常見的半步）控制相比，這會產生更平滑的運動和更一致的扭矩產生（見圖2）。

單軸步進馬達控制器+驅動器運行

在決定基於微步進控制提高精度時，工程師必須考慮這如何影響馬達的其餘特性。雖然使用微步進可以改善扭矩傳遞、低速運動和共振的平穩性，但控制和馬達設計中的典型限制使它們無法達到理想的整體特性。由於步進馬達的運行，微步進驅動器只能近似真實的正弦波。這意味著一些扭矩脈動、共振和雜訊將保留在系統中，即使這些在微步進操作中都大大減少了。

機械精度

另一種提高步進馬達精度的機械調整是使用較小的慣性負載。如果馬達在試圖停止時附有較大的慣量，則負載會造成一些輕微的過度旋轉。由於這通常是一個小錯誤，因此可以使用馬達控制器來糾正它。

最後，我們回到控制器。此方法可能需要一些工程努力。為了提高精度，您可能需要使用專門針對您選擇使用的馬達進行最佳化的控制器。這是一種非常精確的合併方法。控制器精確控制馬達電流的能力越好，您使用的步進馬達的精度就越高。這是因為控制器精確調節馬達繞組接收多少電流來啟動步進運動。

根據應用的不同，運動系統的精確度是一項常見要求。了解步進系統如何協同工作以創造精度，使工程師能夠利用可用的技術，包括用於創建每個馬達的機械組件的技術。