提高步進馬達精度的方法

眾所周知，在工程領域，無論何種用途，機械公差都會對各種設備的精確度和準確度產生重大影響。這一事實也適用於步進馬達例如，標準步進馬達的容差水準約為每步±5%的誤差。順便說一下，這些是非累積誤差。大多數步進馬達每步旋轉1.8度，即使我們討論的是每轉200步，也會導致0.18度的潛在誤差範圍（見圖1）。

兩相步進馬達 - GSSD系列

微步進，確保精度

標準非累積精度為±5%，提高精度的首要且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，它不僅可以實現更高的分辨率，而且可以在低速下實現更平穩的運動，這在某些應用中可能非常有利。

讓我們從 1.8 度步進角開始。這個步進角意味著隨著馬達速度的降低，每一步都會成為整體的更大一部分。當速度越來越慢時，相對較大的步長會導致馬達出現齒槽效應。緩解低速時運轉平穩性下降的一種方法是減少馬達每步的步長。這時，微步進就成為一個重要的替代方案。

微步進是透過使用脈衝寬度調變 (PWM) 控制馬達繞組電流來實現的。具體做法是，馬達驅動器向馬達繞組提供兩個電壓正弦波，每個正弦波的相位彼此相差 90 度。因此，當一個繞組中的電流增加時，另一個繞組中的電流會減小，從而產生漸進的電流傳輸，與標準全步進（甚至常見的半步進）控制相比，這可以實現更平穩的運動和更穩定的扭矩輸出（參見圖 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來提高精度時，工程師必須考慮這會如何影響馬達的其他特性。雖然微步進可以改善扭矩傳遞的平滑度、低速運動和共振，但控制和馬達設計中的典型限制會阻礙它們達到理想的整體特性。由於步進馬達的運作方式，微步進驅動器只能近似於真正的正弦波。這意味著，即使在微步進操作中這些因素都得到了顯著降低，系統中仍會殘留一些扭矩波動、共振和雜訊。

機械精度

另一種提高步進馬達精度的機械調整方法是使用較小的慣性負載。如果馬達在試圖停止時連接了較大的慣性負載，負載會導致輕微的過度旋轉。由於這通常是一個小誤差，因此可以使用馬達控制器進行校正。

最後，我們回到控制器。這種方法可能需要一些工程上的投入。為了提高精度，您可能需要使用專門針對所選馬達最佳化的控制器。這是一種非常精確的方法。控制器控制馬達電流的能力越強，您使用的步進馬達就能獲得更高的精度。這是因為控制器可以精確調節馬達繞組接收的電流大小，從而啟動步進運動。

運動系統的精確度是應用領域的常見要求。了解步進系統如何協同工作以實現精度，可以幫助工程師充分利用現有技術，包括用於製造每個馬達機械零件的技術。