PART2細(xì)分控制
在上集我們知道,半步步進(jìn)模式是組合了單相步進(jìn)和整步步進(jìn),從而獲得了更多的電氣角位置。
那么如果想要獲得更多更細(xì)的步進(jìn)電氣角度,是不是加入更多的角度位置就可以實(shí)現(xiàn)了?其實(shí)這就是細(xì)分控制的想法。
圖1:八細(xì)分電氣角
這是細(xì)分控制中的八細(xì)分的例子(見圖1),圖中可以看到單相步進(jìn)AàB這一個90度電氣角度被等分成了8份,也就是有8個電流位置存在,每個位置的電流都是由A相繞組和B相繞組的電流在空間上矢量合成的,合成的幅值大小為單位1。我們將每個位置的電流分別投影到A相和B相上會獲得右邊的控制數(shù)值表(見表1)。
表1:八細(xì)分控制數(shù)值表
如果我們需要這個位置的電流,就按照數(shù)值表中對應(yīng)的數(shù)值來控制A相和B相的電流,就能實(shí)現(xiàn)這一角度位置的電流控制,被控制的A相和B相電流就能合成對應(yīng)角度的電流矢量。
在八細(xì)分的控制下,步進(jìn)電機(jī)的電流會變成類正弦(見圖2),A相和B相電流就像走臺階一樣,按照每一個合成電流大小的數(shù)值走著。如果細(xì)分?jǐn)?shù)更多,那么電流波形就更加趨近于正弦。正弦的電流波形將會減小電機(jī)輸出力矩的波動,在空間上會形成圓形旋轉(zhuǎn)的磁場,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性就會增強(qiáng)。
圖2:八細(xì)分控制下的A相B相電流波形
那么要如何進(jìn)行每個電流臺階大小的調(diào)節(jié),將電流穩(wěn)定在這個數(shù)值上呢?
PART3電流調(diào)節(jié)
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通常為了將電流穩(wěn)定在對應(yīng)的數(shù)值上,會采用 slow decay 和 fast decay 的控制方法,我們?nèi)相其中一段“臺階”來詳細(xì)看看。圖3為A相的電流調(diào)節(jié)波形圖,這是通過控制A相的全橋驅(qū)動的四個管子的通斷來實(shí)現(xiàn)(見圖4)。
圖3:A相電流調(diào)節(jié)波形圖
圖4:A相全橋驅(qū)動慢衰 slow decay 過程
當(dāng)Q1和Q4開通的時候,供電電壓U加在A相繞組上,電流開始上升,對應(yīng)的等效電路中,R和L為等效阻抗,E為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,A相繞組切割磁感線產(chǎn)生的反向電動勢,反電動勢反作用在繞組回路上。一旦電流值達(dá)到所設(shè)定的“臺階”值時,就需要去減小電流,不然電流會繼續(xù)增加下去,這將會超過這個“臺階”所設(shè)定的值。這個時候就需要用到慢衰 slow decay。
關(guān)閉Q1,并打開Q2(忽略死區(qū)時間),此時相當(dāng)于A相繞組被短路,由于電機(jī)感性負(fù)載,電流方向不會突變,電流在兩個下管形成環(huán)流,只有反電動勢E作用在回路上,電流受到反向的壓降-E并開始下降。如果忽略掉阻值帶來的壓降,我們可以認(rèn)為此時電流以-E/L的速度下降。
當(dāng)電流下降一段時間后,關(guān)閉Q2開啟Q1,重新讓電流開始上升,如此循環(huán),電流就能穩(wěn)定在這個“臺階”所設(shè)定的值上。
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那么當(dāng)電流要進(jìn)入下一個下降“臺階”的時候,電流需要進(jìn)一步下降,如果電流下降的速度不夠快,就需要比較長的時間,那么慢衰的速度可能是不夠,這就需要用到快衰 fast decay 了。(見圖5)
圖5:A相全橋驅(qū)動快衰 fast decay 過程
快衰是在關(guān)閉Q1和Q4后,打開Q2和Q3(忽略死區(qū)時間),此時供電電壓反向加在A相繞組上,再疊加上同樣反向加在繞組上的反電動勢E,電流同樣因?yàn)楦行载?fù)載不會突變,電流從Q2流向Q3,此時電流將以-(E+U)/L的速度下降,所以電流會比慢衰下降得更快。
當(dāng)電流降到下一個“臺階”的設(shè)定值后,電流調(diào)節(jié)就可以重新從快衰變成慢衰。這樣子合理地去運(yùn)用慢衰和快衰,被控制的電流可以做到響應(yīng)既快,紋波又小。我們來看看只用快衰,慢衰,以及結(jié)合快衰和慢衰的電流波形。其中,綠色波形為電流波形。(見圖6)
圖6:不同電流控制下的電流波形圖
可以看到只有快衰 fast decay,由于快速下降的電流,當(dāng)電流需要穩(wěn)定在平臺上的電流紋波會較大;只有慢衰 slow decay,由于較慢的下降速度,當(dāng)電流需要下到下一個臺階時間較長,導(dǎo)致波形有點(diǎn)畸變。
結(jié)合快衰 fast decay 和慢衰 slow decay,在穩(wěn)定住所設(shè)定的臺階值的時候用慢衰 slow decay,在需要電流快速下降到下一個臺階值的時候用快衰 fast decay,電流將會被控制得更好。
這樣一來,步進(jìn)電輸出的力矩平滑性也會更好。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動振動更小,噪聲更小。
這就是細(xì)分控制的意義!如果步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度過快,將會出現(xiàn)失步,關(guān)于如何解決這一問題,這里先挖一個坑,我們會在下一季的電源小課堂中和您深入探討,敬請期待!
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原文標(biāo)題:【短視頻】MPS 電源小課堂第三季第六話:細(xì)分控制 --- 雙極性步進(jìn)電機(jī)如何練成“凌波微步”(下篇)
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