提高步进电机精度的方法

在工程领域众所周知，机械公差对可以想象到的每种类型的设备的精度和准确度都有重大影响，无论其用途如何。这个事实也适用于步进电机。例如，标准构建的步进电机的容差水平约为每步 ±5% 的误差。顺便说一句，这些是非累积错误。大多数步进电机每步移动 1.8 度，这会导致 0.18 度的潜在误差范围，即使我们谈论的是每转 200 步（见图 1）。

两相步进电机 - GSSD 系列

微型步进确保精确度

标准的、非累积的精度为 ±5%，提高精度的第一个也是最合理的方法是对电机进行微步进。微步进是一种控制步进电机的方法，不仅可以实现更高分辨率，而且可以在低速下实现更平滑的运动，这在某些应用中可能是一个很大的好处。

让我们从 1.8 度的步距角开始。该步距角意味着随着电机减慢，每个步长将成为整体的较大部分。在越来越慢的速度下，相对较大的步长会导致电机出现齿槽效应。缓解低速运行平稳性下降的一种方法是减小每个电机步长的大小。这就是微步进成为重要替代方案的地方。

微步进是通过使用脉宽调制 (PWM) 控制电机绕组的电流来实现的。所发生的情况是，电机驱动器向电机绕组传送两个电压正弦波，每个正弦波彼此之间存在 90 度的相位差。因此，当一个绕组中的电流增加时，另一绕组中的电流会减少，从而产生逐渐的电流传输，与标准全步（甚至常见的半步）控制相比，这会产生更平滑的运动和更一致的扭矩产生（见图2）。

单轴步进电机控制器+驱动器运行

在决定基于微步进控制提高精度时，工程师必须考虑这如何影响电机的其余特性。虽然使用微步进可以改善扭矩传递、低速运动和共振的平稳性，但控制和电机设计中的典型限制使它们无法达到理想的整体特性。由于步进电机的运行，微步进驱动器只能近似真实的正弦波。这意味着一些扭矩脉动、共振和噪声将保留在系统中，即使这些在微步进操作中都大大减少了。

机械精度

另一种提高步进电机精度的机械调整是使用较小的惯性负载。如果电机在试图停止时附有较大的惯量，则负载会引起一些轻微的过度旋转。由于这通常是一个小错误，因此可以使用电机控制器来纠正它。

最后，我们回到控制器。此方法可能需要一些工程努力。为了提高精度，您可能需要使用专门针对您选择使用的电机进行优化的控制器。这是一种非常精确的合并方法。控制器精确控制电机电流的能力越好，您使用的步进电机的精度就越高。这是因为控制器精确调节电机绕组接收多少电流来启动步进运动。

根据应用的不同，运动系统的精度是一项常见要求。了解步进系统如何协同工作以创造精度，使工程师能够利用可用的技术，包括用于创建每个电机的机械组件的技术。