闭环控制vs传统开环,步进电机驱动的新选择

亚德诺半导体 2022-10-22 11:40

在工业自动化中,步进电机的应用非常的广泛,例如工业机器人、3D打印机、计算机硬盘等都有步进电机的身影。传统的步进电机可以控制转子的角度位置,而不需要传感器来控制位置,是一种开环控制系统,在这样的控制方式下,步进电机控制脉冲的输入并不依赖于转子的位置,反而是按一固定的规律发出其控制脉冲,步进电机仅依靠这一系列既定的脉冲而工作。大部分基于步进电机的运动系统运行在开环状态下,因此能够提供低成本的解决方案。实际上,步进系统是唯一的一个不需反馈就具备位置控制能力的运动技术,但是当步进电机以开环方式驱动负载时,在指令步和实际步之间存在失去同步的潜在可能性。

闭环控制指被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端,并对输入端施加控制影响的一种控制关系。步进电动机的闭环控制则是采用位置反馈或速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换,闭合了回路以校验/控制失步、检测电机堵转,并保证了更大的有效力矩输出,为用户提供出色的精度和效率,既能达到伺服电机的性能,又具有步进电机的低价优势,可以为那些对安全性、可靠性和精度有较高要求的运动控制应用提供更经济的选择。

闭环步进电机驱动的9大优势


众所周知伺服电机是带编码器并依靠编码器工作,而带编码器的闭环控制步进电机(步进伺服电机)兼有步进电机和伺服电机两者优点。
01
可频繁的起动/停止
闭环步进电机驱动适用于需要频繁起动/停止的用途。
02
免增益调整

即使是在皮带机构、凸轮、链条驱动等负载发生变动的情况下,也可不用通过增益调节,便实现定位。而伺服电机中伺服系统的增益对电机性能有很大影响,而且调节伺服增益是很费时又费力的事情。

03
稳态静止,无抖动

伺服电机在停止时候由于依靠编码器定位需要增益调节因此无法做到绝对静止,而步进伺服电机定位时无微小振动,通过电机自身保持力停止,因此最适合用于需无振动停止的低刚性机构用途,典型应用如光学领域等。

04
可实现大惯性负载的驱动

比起同等安装尺寸的伺服电机,步进伺服可驱动更大惯性的负载。

05
高速

得益于连续稳定可靠的电流控制技术,闭环步进电机可运行到3000-4000RPM不丢步。

06
高响应

与开环步进电机一样,闭环步进电机与控制指令同步运行,因此能够在短行程、短时间完成精确定位。而通常伺服电机由于在停止时有位置整定时间不适应短行程定位场合。

07
大力矩

与传统的步进电机相比,闭环步进电机可以在非常宽的速度范围内输出很大的力矩,驱动可以做到100%的负载连续运行。无需担心电机驱动负载的能力,这与传统的微步(细分)驱动完全不同。步进伺服可以根据电机的转速采用独特电流控制技术做到高速范围内依旧可以输出大力矩。配合ADI Trinamic的CoolStep和Dcstep驱动器的输出电流会随着外部负载闭环动态增加或减少。

08
低速无振动,静音

由于驱动器采用了矢量控制技术,加之ADI Trinamic特有的StealthChop和SpreadCycle专利技术可以保证电机低速时候无振动,静音效果。

09
闭环电机发热,实现高效率

闭环步进与ADI Trinamic特有的Coolstep技术(电流随负载动态调节)结合,能减少电机发热,降低电机运行温度,提高效率的同时进一步节能。

步进电机闭环驱动解决方案推荐


传统的闭环方式是控制器、驱动器、电机分体式,控制器发出脉冲/方向控制驱动器,步进电机将编码器信号反馈到驱动器,有接线繁琐、售后服务不便、脉冲/方向控制信号容易受到强磁场干扰导致定位不准等诸多缺点,同时由于编码器信号只反馈到驱动器属于半闭环,无法检测控制部分的脉冲丢失。

传统半闭环步进方案

ADI Trinamic采用的位置全闭环控制模式,模块集成了总线接口、运动控制功能、输入输出、电机驱动和程序存储,编码器的信号反馈到模块内部完成闭环控制,具有布线简单、控制精确、售后维护方便等诸多优势。

ADI Trinamic全位置闭环步进方案

闭环驱动高性价比方案选择
  • TMC4361+TMC2130/TMC5130(小功率)
  • TMC4361+TMC2160/TMC5160(大功率)

TMC4361是一款步进电机全闭环伺服控制器,实现电流环、速度环、位置环的全闭环工作,带有S形斜坡发生器,可以任意一点加减速,防止电机启停时发生过冲现象。此外,TMC4361采用ADI Trinamic DcStep、闭环控制和ChopSync技术,尽可能快地驱动高负载而不会出现步进损耗。

例如在闭环控制的整个运动过程中,如果发现发了1000个脉冲电机只走了998步,将会发送指令反馈给MCU,MCU再补回两个脉冲,让电机再走两步,完成电机所要实现1000步的指令。步进电机的闭环控制,有着校验步数、防止丢步、堵转检测、力矩控制等关键技术,其稳定性更好、精度更高,同时具备高响应、高速性。

TMC4361步进电机闭环驱动方案的优势:

  • 支持绝对值编码器,可选增量编码器或者绝对值编码器,让工程师们设计时更方便。

  • S形斜坡

  • 可急停、急停防过冲、频繁启动或停止

  • 任意点加减速控制

  • 免增益,静止无抖动

  • 静音、低速无抖动

  • 高速,高效率,高响应
闭环驱动控制模块化解决方案

TMCM-1310是全封闭单轴步进控制单元,适用于需要高可靠性和动态特性的所有应用。该设备由ADI Trinamic StallGuard2,CoolStep和SpreadCycle斩波器技术驱动。TMCM-1310能够从每个输出驱动高达4.3A的电流(带有适当的散热片)。设计用于9-51V的工作电压。该设备提供USB,EtherCAT和编码器接口。

TMCM-3312是高度集成的控制器/驱动器模块,用于3个步进电机轴,带可选闭环操作,用于无传感器负载相关电流控制的三轴步进电机控制器/驱动器模块。该设备由ADI Trinamic StallGuard2™、CoolStep、SpreadCycle™、StealthChop™ 技术提供动力,并具有 SixPoint™和S形斜坡发生器。
查看往期内容↓↓↓

亚德诺半导体 Analog Devices, Inc.(简称ADI)始终致力于设计与制造先进的半导体产品和优秀解决方案,凭借杰出的传感、测量和连接技术,搭建连接真实世界和数字世界的智能化桥梁,从而帮助客户重新认识周围的世界。
评论
  • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
    hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 115浏览
  • 在过去十年中,自动驾驶和高级驾驶辅助系统(AD/ADAS)软件与硬件的快速发展对多传感器数据采集的设计需求提出了更高的要求。然而,目前仍缺乏能够高质量集成多传感器数据采集的解决方案。康谋ADTF正是应运而生,它提供了一个广受认可和广泛引用的软件框架,包含模块化的标准化应用程序和工具,旨在为ADAS功能的开发提供一站式体验。一、ADTF的关键之处!无论是奥迪、大众、宝马还是梅赛德斯-奔驰:他们都依赖我们不断发展的ADTF来开发智能驾驶辅助解决方案,直至实现自动驾驶的目标。从新功能的最初构思到批量生
    康谋 2025-01-09 10:04 23浏览
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2025-01-09 09:58 22浏览
  • 一个真正的质量工程师(QE)必须将一件产品设计的“意图”与系统的可制造性、可服务性以及资源在现实中实现设计和产品的能力结合起来。所以,可以说,这确实是一种工程学科。我们常开玩笑说,质量工程师是工程领域里的「侦探」、「警察」或「律师」,守护神是"墨菲”,信奉的哲学就是「墨菲定律」。(注:墨菲定律是一种启发性原则,常被表述为:任何可能出错的事情最终都会出错。)做质量工程师的,有时会不受欢迎,也会被忽视,甚至可能遭遇主动或被动的阻碍,而一旦出了问题,责任往往就落在质量工程师的头上。虽然质量工程师并不负
    优思学院 2025-01-09 11:48 28浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球中空长航时无人机产值达到9009百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为8.0%。 环洋市场咨询机构出版了的【全球中空长航时无人机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球中空长航时无人机总体规模,包括产量、产值、消费量、主要生产地区、主要生产商及市场份额,同时分析中空长航时无人机市场主要驱动因素、阻碍因素、市场机遇、挑战、新产品发布等。报告从中空长航时
    GIRtina 2025-01-09 10:35 21浏览
  • 故障现象一辆2017款东风风神AX7车,搭载DFMA14T发动机,累计行驶里程约为13.7万km。该车冷起动后怠速运转正常,热机后怠速运转不稳,组合仪表上的发动机转速表指针上下轻微抖动。 故障诊断 用故障检测仪检测,发动机控制单元中无故障代码存储;读取发动机数据流,发现进气歧管绝对压力波动明显,有时能达到69 kPa,明显偏高,推断可能的原因有:进气系统漏气;进气歧管绝对压力传感器信号失真;发动机机械故障。首先从节气门处打烟雾,没有发现进气管周围有漏气的地方;接着拔下进气管上的两个真空
    虹科Pico汽车示波器 2025-01-08 16:51 92浏览
  • 在智能网联汽车中,各种通信技术如2G/3G/4G/5G、GNSS(全球导航卫星系统)、V2X(车联网通信)等在行业内被广泛使用。这些技术让汽车能够实现紧急呼叫、在线娱乐、导航等多种功能。EMC测试就是为了确保在复杂电磁环境下,汽车的通信系统仍然可以正常工作,保护驾乘者的安全。参考《QCT-基于LTE-V2X直连通信的车载信息交互系统技术要求及试验方法-1》标准10.5电磁兼容试验方法,下面将会从整车功能层面为大家解读V2X整车电磁兼容试验的过程。测试过程揭秘1. 设备准备为了进行电磁兼容试验,技
    北汇信息 2025-01-09 11:24 23浏览
  • 1月7日-10日,2025年国际消费电子产品展览会(CES 2025)盛大举行,广和通发布Fibocom AI Stack,赋智千行百业端侧应用。Fibocom AI Stack提供集高性能模组、AI工具链、高性能推理引擎、海量模型、支持与服务一体化的端侧AI解决方案,帮助智能设备快速实现AI能力商用。为适应不同端侧场景的应用,AI Stack具备海量端侧AI模型及行业端侧模型,基于不同等级算力的芯片平台或模组,Fibocom AI Stack可将TensorFlow、PyTorch、ONNX、
    物吾悟小通 2025-01-08 18:17 29浏览
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 150浏览
  • 本文介绍编译Android13 ROOT权限固件的方法,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。关闭selinux修改此文件("+"号为修改内容)device/rockchip/common/BoardConfig.mkBOARD_BOOT_HEADER_VERSION ?= 2BOARD_MKBOOTIMG_ARGS :=BOARD_PREBUILT_DTB
    Industio_触觉智能 2025-01-08 00:06 100浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池,大多数是锂聚合物电池,相较其他电池,锂聚合物电池具有较高的能量密度,较长寿命,同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等,前五大厂商占有全球
    GIRtina 2025-01-07 11:02 128浏览
  • 「他明明跟我同梯进来,为什么就是升得比我快?」许多人都有这样的疑问:明明就战绩也不比隔壁同事差,升迁之路却比别人苦。其实,之间的差异就在于「领导力」。並非必须当管理者才需要「领导力」,而是散发领导力特质的人,才更容易被晓明。许多领导力和特质,都可以通过努力和学习获得,因此就算不是天生的领导者,也能成为一个具备领导魅力的人,进而被老板看见,向你伸出升迁的橘子枝。领导力是什么?领导力是一种能力或特质,甚至可以说是一种「影响力」。好的领导者通常具备影响和鼓励他人的能力,并导引他们朝着共同的目标和愿景前
    优思学院 2025-01-08 14:54 82浏览
  •  在全球能源结构加速向清洁、可再生方向转型的今天,风力发电作为一种绿色能源,已成为各国新能源发展的重要组成部分。然而,风力发电系统在复杂的环境中长时间运行,对系统的安全性、稳定性和抗干扰能力提出了极高要求。光耦(光电耦合器)作为一种电气隔离与信号传输器件,凭借其优秀的隔离保护性能和信号传输能力,已成为风力发电系统中不可或缺的关键组件。 风力发电系统对隔离与控制的需求风力发电系统中,包括发电机、变流器、变压器和控制系统等多个部分,通常工作在高压、大功率的环境中。光耦在这里扮演了
    晶台光耦 2025-01-08 16:03 80浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦