步進電機運行精度分析及細分電路的合理使用
馮志華（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥230026）
l 引言
步進電機能方便地進行速度與角度控制，使其在現(xiàn)代自動控制方面占有越來越重要的地位。即使在開環(huán)狀態(tài)下，它也能實現(xiàn)較高精度的位置控制。然而，步進電機在使用時，其可控角是以步為單位的，也就是說，角度是跳躍式變化的；而且由于受到加工工藝的影響，一個步長一般在1度左右，每個步長也并非完全相等，因而在精度要求較高的場合，就要求對步進電機轉(zhuǎn)角誤差有一定的認識，以及采取相應(yīng)的提高精度的措施。
2誤差的分類
在步進電機的使用中，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差可以分成兩大類，一類與步進電機直接有關(guān)；而另外一類不僅與步進電機本身有關(guān)，還與驅(qū)動方式有關(guān)。
2.1不積累誤差
不積累誤差也叫靜態(tài)步距角誤差，指在空載條件下，步進電機的實際運行角度與理論運行角度之間的差別。為了分析方便，在不積累誤差中不考慮摩擦力的影響，它與驅(qū)動電流也沒有任何關(guān)系。對于一個質(zhì)量較高的電機，這個誤差一般在57左右。
不同步進電機的不積累誤差也是不同的。對于一個特定的電機而言，其不積累誤差一般是固定的。原理上可以通過預(yù)先測量這些誤差，然后通過一定的補償，以提高精度。但實際上．必須時刻知道步進電機的確切運行位置（也就是運行到哪一步），而要得到這個信息，有兩個手段，一是通過其它位置傳感器測知這個位置；一是設(shè)置一記憶電路，能時刻記住步進電機的位置。然而這樣做的結(jié)果是增大了電路的復(fù)雜性。
由于加工上的原因，步進電機在運行整拍時相互之間的角度間隔誤差保持較小的值，因此在要求較高步距精度的時候，可以考慮采用整拍運行方式。
步進電機在整轉(zhuǎn)運行時其不積累誤差理論上永遠為零，因此在高精度驅(qū)動中，可以考慮采用整轉(zhuǎn)運行方案。此時，失調(diào)角誤差或回滯誤差是****的誤差源。
2.2失調(diào)角誤差
失調(diào)角誤差也叫負載角誤差，指步進電機在驅(qū)動負載的條件下，為了產(chǎn)生一定的負載力矩，步進電機需產(chǎn)生一個失調(diào)角θ。根據(jù)理論計算，對于一個步距角為1.5度的三相步進電機，由于負載力矩丁而引起的角度變化為：
可見，為了得到較高的精度，則必須驅(qū)動較低的負載。
2.3回滯誤差
如果加在步進電機上的負載力矩改變方向，則所產(chǎn)生的失調(diào)角與原來的相反。因此，即使負載保持****恒定（包括摩擦力），并假設(shè)電機無任何不積累誤差，那么由于電機可能的正、反方向運行，也會產(chǎn)生一個相當大的角度誤差。
為了消除回滯誤差而提高精度，反向驅(qū)動時，可多運行一定的步數(shù)，然后返回，使負載力矩保持一個方向。
2.4重復(fù)誤差
在負載****恒定的條件下，步進電機朝原來運動方向的反方向運轉(zhuǎn)”步后再前進行步，它的起始位置與終止位置有差別。這個誤差的來源比較復(fù)雜。_般在幾角秒之內(nèi)，典型值為±0. 0014。。因此，在大多數(shù)場合下是可以忽略不計的。
3通電狀態(tài)對誤差的影響
單相通電狀態(tài)比雙相（多相）通電狀態(tài)的精度要高一些。這主要是由于多相通電時空載步距角將與兩相繞組中的電流比有關(guān)，改變每一相電流的大小都將影響到步距角精度。在無穩(wěn)流電路的情況下，這個變化有可能是相當大的。
以三相步進電機為例。附圖中，設(shè)由a，b兩相通電所產(chǎn)生的力矩分別為ta、tu，則有：
然而，對于單相通電，在負載為零的情況下，轉(zhuǎn)子的定位位置與電流的大小無關(guān)。
4細分引起的誤差
步進電機的步距角一般在1度左右，有時需要比這個值小得多的步距角，可采用細分技術(shù)。采用細分技術(shù)只能提高步進電機的分辨率，并沒有提高其精度。
對于一般的驅(qū)動電路，細分后還會帶來一些誤差。這些 |
