步进电机的无编码器闭环控制

2017-09-23 18:34:40 研蓝自动化 6

Nanotec的所有插头和驱动电机都实现了现场控制(闭环)。 BLDC和步进电机作为负载的函数在场定向的基础上进行控制,仅在由不同数量的极引起的工作点方面不同。 因此,这两种电动机类型都像DC伺服系统一样。 可以使用编码器或无传感器方法来建立控制所需的转子位置或场角,如下所述。


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没有失步,没有共鸣

基于观察者的控制器的质量的关键因素是使用的电动机的良好模型,无论是在连接的电动机的数学公式和电动机常数方面。因此,目前的任务是找到一个足够精确的电动机数学模型,即使在一个小的微处理器中也可以在每个控制周期内完全计算。原则上,步进电机在数学上类似于BLDC电机,但是只有两个而不是BLDC通常的三相,并且由于较高的极数,在较高速度下也显示出一些特殊的特性。


关于无传感器控制器的实际使用的另一个重要方面是识别模型的参数。 BLDC控制器通常需要大量的电机相关参数,这些参数通常在数据表上未指定,但需要付出相当的努力。这也适用于不实施“真实”控制但仅具有阻塞检测机制或简化控制的系统,可将电机额定电流降低为负载。即使在这些情况下,必须识别和配置与电机相关的阈值。


相比之下,Nanotec的无传感器系统的参数非常少,用户实际上并不一定要知道:自动设置程序测量连接的电机,并自动确定所有必需的参数。

根据电机类型,速度和定位信息可以在100和250 rpm之间获得。该信息与具有500或1000增量的光学编码器的信息同样精确。所得到的电动机控制与通过编码器控制的电动机具有相同的质量和扭矩。甚至低于该阈值,无传感器控制仍然运行到大约10-25 rpm。然而,其精度随着速度而降低,并且可实现的扭矩也下降。

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相比之下,在高速度下,无传感器系统实际上比编码器运行得更好,编码器总是表现出导致正弦角误差的跳动公差。 在没有自己的轴承的标准编码器中,该误差可以达到±1°的大小,这将导致在更高速度下的闭环模式下的振动。 另一方面,在虚拟编码器中,高速的误差与电机的阶梯角误差(±0.09°)相同。 此外,真正的编码器总是提供数字,离散的位置值。 特别是在低分辨率下,这导致马达的恒定速度波动。 相比之下,虚拟编码器值是连续且恒定的。

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基于观察者的控制使得不必使用具有非常高的反电动势的电动机,但是具有高电感并因此具有较差动力学的缺点。相反,具有非常低的电感和低电阻,因此具有高额定电流的电机工作得更好。


开环和闭环组合

无传感器控制特别适用于步进电机,因为它不仅可用于速度应用,还可用于与开环控制组合使用时的定位。无传感器算法能够检测目前正在估计速度的准确度。如果信号随着速度的降低而变得太不精确,系统将自动切换到开环模式并继续定位。因为在开环模式下,通常只有几个步骤通常以低速行驶,因此谐振不是问题。当从静止状态重新启动时,只需要几度才能返回到闭环模式。因此,无传感器技术使得可以从几乎所有传统步进电机应用中的现场控制的优势中获益。


*翻译不准确敬请谅解,请阅读nanotec官方文稿出处

https://en.nanotec.com/support/knowledge-base/article/show/sensorless-control-of-stepper-motors/