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微电机细分控制技术

-2021-09-07-

微电机是一种应用广泛的执行器,用于各种自动化控制系统。其精度要求达到纳米级,对系统的稳定性有非常高的要求。传统的电机控制技术根本无法满足设计要求,而电机细分技术在一定程度上解决了存在的潜在问题。


一、认识微电机

微型马达是一种将电脉冲转换为角位移的执行器。当微驱动器接收到脉冲信号时,它驱动微电机按设定的方向旋转一个固定步距角,它的旋转以一个固定的角度步进运行。所以我们可以很容易地通过控制脉冲数来控制电机的旋转角度,同时可以通过控制脉冲频率来控制电机旋转的速度和加速度。


常用的微型电机主要有三种:可变磁阻、永磁和混合。可变磁阻型由基本转子和定子组成。转子上设有齿或槽。它总是转向定子磁场中磁阻较小的位置。它可以产生步距角为0.9°-15°的中等扭矩。永磁式微型电动机的转子由圆柱形永磁体制成,上面有齿或槽。扭矩比较小,有保持力矩,步距角7.5°~90°。广泛应用于计算机周边设备和仪器仪表行业。混合微电机结合了永磁微电机和可变磁阻电机的优点。混合式步进电机扭矩大,断电时具有保持力。步距角约为 0.9°~15°。


二、细分原因

很多人说微电机的细分是为了提高定位精度。事实上,这并不是较重要的因素。细分实际上可以大大提高电机的运行性能。以两相混合微电机为例。如果电机额定电流为5A,采用常规驱动方式,电机每运行一次,绕组相电流从0开始变化。到5A或者从5A到0,这种电流的突变必然会引起电机的振动。如果采用细分技术,如果是50细分,电机运行每一步绕组能量电流变化仅0.1A,可以大大改善电机的振动。同时细分后,电机的输出扭矩实际上是增加了,特别是三相反作用力电机,扭矩比不细分时提高了30-40%左右,提高了电机的分辨率,降低了步距。角度,增加步距的均匀性,所以微电机的细分可以说是好处多多。


三、细分控制技术的实现方法

以两相电抗微电机为例。如果电机的节拍数为 N 并且每秒输入 f 个脉冲时,转子的速度为。当 f 为常数时,改变 N 将改变速度。电机细分后,N增大,增加运行节拍数,从而减小步距角,使电机转速降低,以保持电机正常运行速度,相应的脉冲数需要增加。


如果每次切换输入脉冲,只改变相应绕组额定电流的一部分,那么转子每旋转一步,就只是原来步距角的一部分。额定电流分为多少级切换,转子以多少步完成一个原始步距角,通过微电机相电流的步进控制,电机可以以较小的单位步距角运行。从而减少步长和低频振荡。总之,细分驱动的思路就是改变原来简单的转子电流通断过程,逐渐改变各相绕组的电流大小和方向,使电机内部的空间复合磁场逐渐改变了,使原来的一个步距角的通电方式变为跟随电流的步进波,变成了多步。由于一般使用的斩波器频率很高,因此可以忽略各级的电流波动,大致可以看作是直流输出。