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标题: 浅谈步进电机的高频机械特性（无烦人的公式，纯感性认知） [打印本页]

作者: 番茄唐龙 时间: 2013-8-29 07:41
标题: 浅谈步进电机的高频机械特性（无烦人的公式，纯感性认知）
一般认为步进电机在较低的脉冲频率下具有较好启动性能，也就是启动力矩较大，通常我们理解为这是由于在低频时定子线圈的感抗较小电流较大励磁强度较大，所以输出转矩较大。而在高频时的启动性能就较差，当输入的脉冲频率高到一定程度是就会出现丢步，甚至无法带动负载启动的情况。

对于这种情况一般我们理解为这是由于高频时线圈的感抗较高电流较小励磁强度降低，所以输出转矩较小，定子绕组中电感的存在是使脉冲频率曾高后电动机的负载能力下降的主要原因，因为有电感就相应的有一定的电气时间常数（电感与电阻的比值），使定子绕组中的电流达到稳定值的时间加长。

我们可以这样理解：加载定子线圈两端的脉冲电源电压不变，频率改变时，则在线圈内产生的电场强度不变，则电子受到电场的加速度不变（不同频率下只要电压不变则电场强度不变）。而电流的定义为：单位时间内通过过导体横截面的电荷量，（按照现阶段的理论电子是可以在导体中自由运动的）而单位时间内通过导体的横截面的电荷量与电子的流动速度有关，而电子的流动速度与加速度及加速时间有关，低频脉冲输入时单个脉冲产生的电场的保持时间较长。

这意味着电子有足够的加速时间达到稳定的速度，宏观上就是形成稳定的电流且此电流能保持一段时间。从而形成稳定的较强的励磁强度，由此驱动的转子便能输出较大的转矩，相反高频脉冲输入时单个脉冲形成的电场时间较短这意味着电子没有足够的时间加速到足够的速度电场便消失了，宏观上看就是电流强度较弱，励磁强速较低，（另外高频时还会产生较大的感抗，此感抗可理解为系统摩擦力，减小电子的加速度，当然过高的脉冲频率还会产生电流的趋肤效应，这势必引起电阻效应，由此可见高频驱动步进电机时可谓祸不单行啊）。

为了解决步进电机的此弊端目前采用的一种较为有效的办法是用双电源供电，即在定子绕组电流的上升阶段用高压电源供电，以缩短达到预定的稳定电流值的时间，而后再改为低电压电源供电以维持其电流值，此方法可以大大提高高频时的最大转矩，另外还有恒压频比输入等方式，也可一定程度增大步进电机的高频转矩。
注：电气时间常数（感抗/绕组电阻)决定了绕组通电的持续时间，其的值在一定范围内越小越好，他可以保证在单个脉冲发送完后步进电机任然有足够的动力及时间加速启动起来。

欢迎大伙各抒己见也欢迎大力拍砖，仅此抛砖引玉足以。

作者: angel1399793 时间: 2013-8-29 08:33
电机完全不懂，只是听说伺服有击溃步进并称霸数控等精确定位工业的趋势

作者: 钱塘小宝 时间: 2013-8-29 10:01
楼上说反了吧

作者: 沙滩的足迹 时间: 2013-8-29 14:39
伺服和步进是各自独立的工业应用范围和体系，互为补充，改善就是画蛇添足
步进就是普通电机的升级版，在一定的速度下，可以一某个合理的小单位控制住其运动，有些高级的光学仪器，如光刻机还是用的步进电机，看中的就是这个，它的应用特性决定了它讲究的是精度，对速度不那么敏感；
伺服是电机的最高级应用，不仅可以以某个合理小单位控制住其运动，还可以高速和过载，想怎么玩就怎么玩，价格就贵了哦

作者: 奇_点 时间: 2013-8-29 15:16
完全被标题骗了，还不如写公式简单清晰

作者: 奇_点 时间: 2013-8-29 16:21
不知道大侠说的双电源技术有没有成熟应用？本人孤陋寡闻，没有用过。这个双电源如何平缓切换，会不会在低频时反而将振动问题放大？切换时序如何控制，会不会更容易失步或越步？高频扭矩不足方面，恒流斩波控制和细分控制都已很成熟。

作者: 番茄唐龙 时间: 2013-8-29 16:36
低频时不用的

作者: 欧阳绝痕 时间: 2013-8-29 20:36
什么时候用步进电机，什么时候用伺服电机，哪位大侠可以详细、清晰地总结一下？

作者: 谁是谁1989 时间: 2013-8-30 08:32
步进电机没怎么接触过，反正一直都是在玩伺服，

作者: 中等公差belee 时间: 2013-8-30 13:42
我一直没想通的是这个，在给定电压下（即给定磁场下）电子在一根导线里可以定向移动，那么北京到广东的直达电线里，北京的某个电子可以跑到广东去码？如果能，需要多久的时间？如果电子跑到广东去的时候跑不回来他们在哪里打间住宿？

补充内容 (2013-9-3 14:41):
如果我们把原子核和电子分离开来，放在博物馆给小伙伴们参观，肯定很好玩了

作者: 番茄唐龙 时间: 2013-8-31 07:42

中等公差belee 发表于 2013-8-30 13:42
我一直没想通的是这个，在给定电压下（即给定磁场下）电子在一根导线里可以定向移动，那么北京到广东的直达 ...

这只是现阶段的理论，而且电子在导体中流动并不是单独的它是整体的，也就是整个电子云被电场驱动，不存在单个电子从北京跑到广州的现象的，另外根据质量守恒原理，导体中的电子是不会丢失的。

作者: jiuduan 时间: 2013-8-31 11:38

欧阳绝痕发表于 2013-8-29 20:36
什么时候用步进电机，什么时候用伺服电机，哪位大侠可以详细、清晰地总结一下？

步进的控制精度及定位稳定性优于伺服！

伺服电机的转速及加减速度性能优于步进！

如果你的应用要求定位要准、稳，但对速度要求不高的场合，选步进！

如果你的应用要求运行平稳、速度高，有一定的定位要求（不是很精密），优选伺服！

作者: 沙滩的足迹 时间: 2013-8-31 11:51

jiuduan 发表于 2013-8-31 11:38
步进的控制精度及定位稳定性优于伺服！

伺服电机的转速及加减速度性能优于步进！

不同意你最后一条。步进最大的弱点就是容易丢步，控制不得当或过载的情况。伺服是全能的，速度牛比，精度也牛逼，扩展性强，可以搭配更高级的精密测量装置，适合全过程精密控制包括速度、位置、加速度。

作者: 沙滩的足迹 时间: 2013-8-31 14:53

jiuduan 发表于 2013-8-31 11:38
步进的控制精度及定位稳定性优于伺服！

伺服电机的转速及加减速度性能优于步进！

大哥，不是你专业内的事，就别搞笑了，给你补点课：

1.步进电机的步走的再细再精，从本质上说，他也是开环控制。开环控制，能比得上闭环控制吗？现在的导弹和卫星发射都已经由开环控制改为闭环控制了。为的是什么呢？就是一个准字。他要用目标作为实际值去追踪。最终与目标碰撞。就像航天空间站的对接也是如此了，那是什么？就是定位控制呀。科学家们管它叫“万里穿针”。开环的控制再精再细，行吗？随着时间和距离的延长，那误差就积累了。而闭环控制呢？恰恰是不断的修正和消除这种运动中产生的误差，而不是积累！

2.伺服电机的转矩特性可高精度的位置控制，胜过步进电机。步进电机的转矩是开环的，是不可控的，它只会“走步”，伺服电机就不同了，转速和转矩都是闭环控制的，可控。位置也是。

3精度指标要看反馈、控制器、执行元件品质。不能一概而论，尤其不能单论电机；通常步进电机都是开环应用，精度当然较差；

作者: 番茄唐龙 时间: 2013-9-1 15:54

沙滩的足迹发表于 2013-8-31 14:53
大哥，不是你专业内的事，就别搞笑了，给你补点课：

1.步进电机的步走的再细再精，从本质上说，他也是 ...

有争论是好事，但不要伤了和气。

作者: 番茄唐龙 时间: 2013-9-1 16:03

番茄唐龙发表于 2013-9-1 15:54
有争论是好事，但不要伤了和气。

在开环控制下步进电机主要靠细化步距角，或步进细分来控制气传动精度的，这个和其机械制造精度及驱动器的控制精度有关，而伺服一般是闭环控制的，可以通过编码器的位置传感器反馈角速度及位置信号，所以在编码器每一转的脉冲反馈数量达到一定值时其控制精度是相当高的，但是步进电机也可以做成闭环系统的，另外步进电机的传动误差不会积累的，转子每转完一圈误差自动清零，这也算一个优势吧。所以步进电机和伺服应该各有优点，主要看用在什么场合，综合性能和经济适用性来选择，没有说谁有绝对的优势压倒对方，要不现在就不会有伺服和步进之分了。愚人浅见，还请大侠们指教。

作者: 番茄唐龙 时间: 2013-9-1 16:12

沙滩的足迹发表于 2013-8-31 11:51
不同意你最后一条。步进最大的弱点就是容易丢步，控制不得当或过载的情况。伺服是全能的，速度牛比，精度 ...

其实伺服也未必是全能的，比如在某些环境干扰特别强的地方，没法构成闭环系统，而又要求较高的位置精度，那最好的选择就是步进电机了，伺服在没有闭环反馈系统的情况下和瞎子无异，所以具体应用是要分具体场合的，另外你说步进电机容易丢步，那是应为你给的脉冲频率超过了其额定的启动频率或者运行频率抑或电机转矩与负载惯量的比值太小，所以才会丢步，而这些多是在最初的设计要考虑的，步进电机不是为丢步或越步而设计的，没有用不好的东西，只有不会用的。

作者: 黄种人12345 时间: 2013-9-2 16:02
新手，学习

作者: 中等公差belee 时间: 2013-9-3 14:26

番茄唐龙发表于 2013-8-31 07:42
这只是现阶段的理论，而且电子在导体中流动并不是单独的它是整体的，也就是整个电子云被电场驱动，不存在 ...

好吧，既然单个原子不会跑到广东去，那么他们组团应该可以去吧

作者: 奇_点 时间: 2013-9-3 14:58

中等公差belee 发表于 2013-8-30 13:42
我一直没想通的是这个，在给定电压下（即给定磁场下）电子在一根导线里可以定向移动，那么北京到广东的直达 ...

要分离，观测电子有离子阱可以捕捉

作者: jhg1977 时间: 2013-9-3 20:29
本帖最后由 jhg1977 于 2013-9-3 20:34 编辑

番茄唐龙发表于 2013-9-1 16:03
在开环控制下步进电机主要靠细化步距角，或步进细分来控制气传动精度的，这个和其机械制造精度及驱动器的 ...

步进闭环控制已经比较成熟，韩国日本都有成熟产品，国内泰科伺服有类同的仿造产品，可以完全避免失步的问题。
当然在选型的时候仍然需要把扭矩、惯量搭配好。
步进的优点是静止时无抖动，所以在这方面有要求的场合如CCD等检测设备是优选的。
交流伺服的速度和精度那是没得说，但静止的时候有微抖动。

作者: 拉普拉斯 时间: 2013-9-3 20:42
看样子大家控制原理，都喜欢逃课啊

作者: 电工小菜鸟 时间: 2013-9-12 14:28
步进的弱点丢步，主要是因为它的力矩输出不稳定，跟速度有关，负载相同的情况下，转速越快，力矩越小，高速运转的时候，就过冲了
伺服的力矩输出很稳定
关于步进是开环的问题，不必计较，因为现在市场上有一种称之为“混合伺服”的产品，其实就是双轴头的步进电机，一端加了跟踪误差的编码器，

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