?步進(jìn)電機(jī)是一種通過步進(jìn)（即以固定的角度移動(dòng)）方式使軸旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。其內(nèi)部構(gòu)造使它無需傳感器，通過簡單的步數(shù)計(jì)算即可獲知軸的確切角位置，這種特性使它適用于多種應(yīng)用。說起步進(jìn)電機(jī)，小維相信對(duì)于智能傳動(dòng)和電氣控制行業(yè)的工程師來說，應(yīng)該再熟悉不過了。步進(jìn)的誤差不會(huì)長期積累，能夠提升定位，控制比伺服簡單等特點(diǎn)，但步進(jìn)電機(jī)控制的前提是電機(jī)不發(fā)生失步，如何才能使步進(jìn)電機(jī)不失步呢？?

我們知道步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)。在未發(fā)生失步情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)并不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，電機(jī)就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度(步進(jìn)角或步距角)，通過控制脈沖數(shù)和脈沖頻率來控制電機(jī)角位移量及電機(jī)轉(zhuǎn)速從而達(dá)到的開環(huán)控制。另外，步進(jìn)電機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過的角度與理論步距之間總有一定的誤差，從某一步到另一步，也總有一定的誤差，但是，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周的步數(shù)相同，在不失步的情況下，其步距誤差不會(huì)長期累積。

上面提到的都是在不失步的情況下，而如何才能不失步，首先，我們需要知道造成電機(jī)失步的因素，主要有下面四點(diǎn)：

1、轉(zhuǎn)子加速度慢于步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場;

2、轉(zhuǎn)子的平均速度于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度;

3、電機(jī)負(fù)載慣性較大;

4、步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振。

轉(zhuǎn)子加速度慢于步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場即轉(zhuǎn)子速度低于換相速度時(shí)，電機(jī)會(huì)產(chǎn)生失步，這是因?yàn)檩斎腚姍C(jī)的電能不足，產(chǎn)生的力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟上定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，從而引起失步。轉(zhuǎn)子平均速度于定子磁場平均旋轉(zhuǎn)速度，這是定子通電勵(lì)磁的時(shí)間較長，大于步進(jìn)所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過程中獲得過多的能量，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩過大從而引起電機(jī)越步。

以上導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步的原因?qū)嵸|(zhì)是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器選擇不當(dāng)而導(dǎo)致，只有選擇正確合適的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器才能使步進(jìn)電機(jī)發(fā)揮其控制的特點(diǎn)。選擇合適的驅(qū)動(dòng)器需要根據(jù)電機(jī)的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動(dòng)器。如果需要低振動(dòng)或精度時(shí)，可配用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用電壓型驅(qū)動(dòng)器，以獲得良好的速性能。同時(shí)對(duì)于驅(qū)動(dòng)電源，很多人直接使用開關(guān)電源作為驅(qū)動(dòng)電源，但是，一般好不要使用開關(guān)電源，特別是大力矩電機(jī)，除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因?yàn)椋姍C(jī)工作時(shí)是大電感型負(fù)載，會(huì)對(duì)電源端形成瞬間的壓。而開關(guān)電源的過載性能不好，會(huì)保護(hù)關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時(shí)可能造成開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)器的損壞。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，可以用常規(guī)的環(huán)形或R 型變壓器變壓的直流電源。 

步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振是因?yàn)殡姍C(jī)接收的脈沖頻率等于步進(jìn)電機(jī)的固有頻率，該頻率與驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分有關(guān)系。我們一般使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分能力很重要，共振范圍越小越好。對(duì)于電機(jī)負(fù)載慣性較大是由于電機(jī)超載而引起，因此在使用時(shí)只需注意不要讓電機(jī)過載即可。

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步進(jìn)電機(jī)作為一種常用、應(yīng)用廣泛的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通常會(huì)搭配減速設(shè)備一起使用，以達(dá)到理想傳動(dòng)效果；而步進(jìn)電機(jī)常用的減速設(shè)備和方法，有如減速齒輪箱、編碼器、控制器、脈沖信號(hào)等。

脈沖信號(hào)減速：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速度，是根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)的變化來改變的。從理論上講，給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角(細(xì)分時(shí)為一個(gè)細(xì)分步距角)。實(shí)際上，如果脈沖信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于內(nèi)部的反向電動(dòng)勢的阻尼作用，轉(zhuǎn)子與定子之間的磁反應(yīng)將跟隨不上電信號(hào)的變化，將導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)和丟步。

減速齒輪箱減速：步進(jìn)電機(jī)搭載減速齒輪箱一起使用，步進(jìn)電機(jī)輸出高速、低扭矩轉(zhuǎn)速，連接減速齒輪箱，齒輪箱內(nèi)部減速齒輪組嚙合傳動(dòng)形成的減速比，將步進(jìn)電機(jī)輸出的高速降低，而且提升傳動(dòng)扭矩，達(dá)到理想傳動(dòng)效果；減速效果取決于齒輪箱的減速傳動(dòng)比，減速比越大，輸出轉(zhuǎn)速越小，反之亦然。

曲線指數(shù)控制速度：指數(shù)曲線，在軟件編程中，先算好時(shí)間常數(shù)存貯在計(jì)算機(jī)存貯器內(nèi)，工作時(shí)指向選取。通常，完成步進(jìn)電機(jī)的加減速時(shí)間為300ms以上。如果使用過于短的加減速時(shí)間，對(duì)絕大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)來說，就會(huì)難以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)。

編碼器控制減速：PID 控制作為一種簡單而實(shí)用的控制方法 , 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。它根據(jù)給定值 r( t) 與實(shí)際輸出值 c(t) 構(gòu)成控制偏差e( t) , 將偏差的比例 、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量 ,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制 。文獻(xiàn)將集成位置傳感器用于二相混合式步進(jìn)電機(jī)中 ,以位置檢測器和矢量控制為基礎(chǔ) ,設(shè)計(jì)出了一個(gè)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的 PI 速度控制器,此控制器在變工況的條件下能提供令人滿意的瞬態(tài)特性。文獻(xiàn)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ,設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)的PID 控制系統(tǒng) ,采用 PID 控制算法得到控制量 ,從而控制電機(jī)向指定位置運(yùn)動(dòng) 。最后 ,通過仿真驗(yàn)證了該控制具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 。采用 PID 控制器具有結(jié)構(gòu)簡單 、魯棒性強(qiáng) 、可靠性高等優(yōu)點(diǎn) ,但是它無法有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中的不確定信息 。

步進(jìn)電機(jī)可以配什么減速機(jī)？在步進(jìn)電機(jī)和減速機(jī)選型配套中需要注意那些因素要點(diǎn)，以及可以選擇什么樣的減速機(jī)一起使用？

1.步進(jìn)電機(jī)配減速機(jī)的原因

步進(jìn)電機(jī)切換定子相電流的頻率，如改變步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入脈沖，使其變成低速運(yùn)動(dòng)。低速步進(jìn)電機(jī)在等待步進(jìn)指令時(shí)，轉(zhuǎn)子處于停止?fàn)顟B(tài)，在低速步進(jìn)時(shí)，速度波動(dòng)會(huì)很大，此時(shí)如改為高速運(yùn)行，就能解決速度波動(dòng)問題，但轉(zhuǎn)矩又會(huì)不足。即低速會(huì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，而高速又會(huì)轉(zhuǎn)矩不足，需要使用減速器。

2.步進(jìn)電機(jī)常配減速機(jī)有哪些

減速機(jī)是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用作原動(dòng)件與工作機(jī)之間的減速傳動(dòng)裝置，在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用；減速機(jī)的種類繁多，按照傳動(dòng)類型可分為齒輪減速機(jī)、蝸桿減速機(jī)和行星齒輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)不同可分為單級(jí)和多級(jí)減速機(jī)；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速機(jī)、圓錐齒輪減速機(jī)和圓錐－圓柱齒輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式減速機(jī)、分流式減速機(jī)和同軸式減速機(jī)。步進(jìn)電機(jī)裝配的減速機(jī)有行星減速機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)、平行齒輪減速機(jī)、絲桿齒輪減速機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)行星減速機(jī)精度怎么樣？

減速機(jī)精度也稱為回程間隙，將輸出端固定，輸入端順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，使輸出端產(chǎn)生額定扭矩+-2%扭矩時(shí)，減速機(jī)輸入端有一個(gè)微小的角位移，此角位移即為回程間隙。單位是“弧分”，即一度的六十分之一。通常的回程間隙值均指減速機(jī)的輸出端。步進(jìn)電機(jī)行星減速機(jī)具有高剛性、高精度（單級(jí)可做到1分以內(nèi)）、高傳動(dòng)效率(單級(jí)在97%-98%)、高的扭矩/體積比、免維護(hù)等特點(diǎn)。

步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)精度是不能調(diào)節(jié)的，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行角度完全由步長與脈沖數(shù)來確定，而脈沖數(shù)是可以完整的計(jì)數(shù)，數(shù)字量是不存在精度這個(gè)概念的，一步就是一步，二步就是二步。目前能優(yōu)化的精度是行星減速機(jī)齒輪箱的齒輪回程間隙精度：

1.主軸精度調(diào)整方法：行星減速機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)精度的調(diào)節(jié)，如果主軸本身的加工誤差滿足要求，那么減速器主軸的旋轉(zhuǎn)精度一般由軸承決定。調(diào)節(jié)主軸旋轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵在于調(diào)節(jié)軸承間隙。維持一個(gè)合適的軸承間隙對(duì)主軸部件的性能和軸承壽命至關(guān)重要。對(duì)滾動(dòng)軸承而言，有較大間隙時(shí)，不僅會(huì)使載荷集中作用于處于受力方向的滾動(dòng)體上，而且會(huì)在軸承內(nèi)外圈滾道接觸處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，縮短軸承壽命，還會(huì)使主軸中心線發(fā)生漂移，易造成主軸部件振動(dòng)。所以，滾動(dòng)軸承的調(diào)節(jié)必須預(yù)先加載，使軸承內(nèi)部產(chǎn)生一定的過盈量，從而在滾動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道接觸處產(chǎn)生一定的彈性變形，從而提高軸承的剛度。

2.調(diào)整間隙法：行星減速機(jī)在運(yùn)動(dòng)的過程時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦，引起零件之間的尺寸、形狀和表面質(zhì)量的變化，并產(chǎn)生磨損，使零件之間的間隙配合增大，此時(shí)我們需對(duì)其進(jìn)行合理范圍的調(diào)整，以保證零件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。

3.誤差補(bǔ)償法：把零件自身誤差通過恰當(dāng)?shù)难b配，使其在磨合期間相互抵消的現(xiàn)象，以保證設(shè)備運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性。

4.綜合補(bǔ)償法：用減速機(jī)自身安裝的工具來使加工已經(jīng)轉(zhuǎn)配調(diào)整正確無誤的工作臺(tái)面，以消除各項(xiàng)精度誤差的綜合結(jié)果。

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