如何最大限度地减少步进电机振动?

电器工程 步进电机 电机控制器
2022-01-25 18:48:33

我想以非常平稳、恒定的速度运行步进电机,同时保持它的安装座及其输出的振动最小。如何驱动步进电机以使速度保持恒定,即使在步骤之间也是如此?

4个回答

您需要的是正弦电流驱动。

换句话说,您必须将电机视为传统的无刷电机,而不是步进电机。这需要非常专业的步进驱动器,而且并不简单。

一个更简单的选择可能是尝试对步进电机进行微步进,但这不会让您完全平滑旋转。

确实,对于需要极其平稳的旋转运动的情况,步进器确实是错误的控制系统。您应该使用无刷交流电机,或至少使用有刷直流伺服电机。

是一份关于步进驱动模式的不错的白皮书,其中一些与交流同步电机形成对比。

使用全步驱动,转子的作用很像弹簧质量系统,转子是质量,磁力是弹簧。当你从一个步骤移动到下一个步骤时,动作总是很粗糙。转子几乎从一个步骤跳到下一个步骤,并且需要一些时间才能使弹簧减弱转子的能量,从而引起一点振荡(阅读:粗略运动)。

当您使用半步模式时,您可以对其进行平滑处理,并且您可以额外补偿扭矩非线性,参见。这个链接

按照这个逻辑,您最终会使用精细步进、微步进和正弦驱动。有关微步进,请参阅此链接

更多细节:

步进电机转子的谐振频率通常在 50 Hz ... 400 Hz 左右。当您以其自身的机械共振频率以全步模式驱动电机时,情况会变得非常糟糕,并且您很可能会丢失(跳过)步。对于低速,最好保持在电机的谐振频率以下。对于高速,尽量在加速时尽可能快地超越共振,不要使用全步驾驶。

如果速度不是限制因素,我只能建议减速器。

否则我会选择有一些反馈的无刷电机。

评估您的结构和激励器组合,寻找“声学-机械”衰减的机会

脉冲方波电流会产生高转矩,但调制转矩很强,谐波很多。这些是不可避免的,通过微步或避免共振频率来降低​​扭矩....

因此,消除机械子系统中的共振和嗡嗡声的基本原理是通过刚性底盘提高共振频率,并与弹性体减震支架分离以减弱结构共振,或者如果不可能,则添加粘性阻尼。这些都是在地震基础设计、低音反射扬声器外壳和转子电机支架中发现的品质。

我曾经在 80 年代 1 的日本硬盘驱动器上使用步进然后线性旋转稀土磁体电机测试步进电机。你可以从逆向工程中学到更多最好的日本设计,而不是试图重新发明轮子。

作为我在研发之后的职业生涯的一部分,我执行然后管理设计验证测试或DVT,以使产品公司 OEM 购买百万美元的合同。NPL(日立子公司)的设计非常安静,速度非常快,具有加速的步速和充油减振器,就像汽车变速箱一样,但由透明塑料环中的薄黄铜环制成,以抑制振动并显着减少超调创建一个速度曲线以平稳加速到最大速度然后减速到目标位置。他们只使用半步桥模式,但通常使用刚性预张紧的 SS 箔带而不是皮带或链条将旋转或线性执行器上的旋转转换为线性齿轮减速方法,但它对于在一个快速平稳安静的操作上非常有效坚固的底板

所有机械系统都有共振,需要分析以确保刺激频率不是步进基频的次谐波,甚至防震架也具有 Q 放大作为低通滤波器。

注意:所有磁盘驱动器现在都使用旋转音圈(例如带有移动线圈的弯曲稀土电磁马达)。然而,软盘驱动器和 DVD 播放器使用蜗轮驱动步进器作为伺服定位器。从机械低通滤波器的角度来看它们为何如此顺畅运行。

步进扭矩也随着 RPM 的升高和 PWM 的使用而下降。所以最大的是失速/启动扭矩,最终的 RPM 扭矩最小。必须根据您的需求了解余量,并确保没有来自机械磁刺激的有趣共振。

我知道在 PWM 模式 H 驱动器系统中存在共振和次共振振动,所以要小心测量你听到的振动以及它来自哪里!磁阶共振或亚共振。并获得一个旋转粘性阻尼器飞轮。