W dziedzinie inżynierii dobrze wiadomo, że tolerancje mechaniczne mają duży wpływ na precyzję i dokładność każdego rodzaju urządzenia, jakie można sobie wyobrazić, niezależnie od jego zastosowania. Fakt ten jest również prawdziwysilniki krokowe. Na przykład standardowo zbudowany silnik krokowy ma poziom tolerancji wynoszący około ± 5 procent błędu na krok. Nawiasem mówiąc, są to błędy niekumulacyjne. Większość silników krokowych porusza się o 1,8 stopnia na krok, co daje potencjalny zakres błędu wynoszący 0,18 stopnia, mimo że mówimy o 200 krokach na obrót (patrz rysunek 1).
2-fazowe silniki krokowe – seria GSSD
Miniaturowy krok zapewniający dokładność
Przy standardowej, niekumulowanej dokładności wynoszącej ±5 procent, pierwszym i najbardziej logicznym sposobem zwiększenia dokładności jest mikrokrok silnika. Mikrokrok to metoda sterowania silnikami krokowymi, która pozwala nie tylko uzyskać wyższą rozdzielczość, ale także płynniejszy ruch przy niskich prędkościach, co w niektórych zastosowaniach może być dużą zaletą.
Zacznijmy od kąta kroku wynoszącego 1,8 stopnia. Ten kąt kroku oznacza, że gdy silnik zwalnia, każdy krok staje się większą częścią całości. Przy coraz mniejszych prędkościach stosunkowo duży krok powoduje zazębienie w silniku. Jednym ze sposobów złagodzenia tej zmniejszonej płynności działania przy małych prędkościach jest zmniejszenie rozmiaru każdego kroku silnika. W tym przypadku mikrostepowanie staje się ważną alternatywą.
Mikrokrok osiąga się poprzez zastosowanie modulacji szerokości impulsu (PWM) do kontrolowania prądu płynącego do uzwojeń silnika. Dzieje się tak, że sterownik silnika dostarcza dwie sinusoidalne fale napięcia do uzwojeń silnika, z których każda jest przesunięta w fazie o 90 stopni względem drugiej. Tak więc, podczas gdy prąd wzrasta w jednym uzwojeniu, maleje w drugim uzwojeniu, powodując stopniowe przenoszenie prądu, co skutkuje płynniejszym ruchem i bardziej spójnym wytwarzaniem momentu obrotowego niż w przypadku standardowego sterowania pełnego stopnia (lub nawet zwykłego półstopnia) (patrz rysunek 2).
jednoosiowysterownik silnika krokowego + sterownik działa
Decydując się na zwiększenie dokładności w oparciu o sterowanie mikrokrokowe, inżynierowie muszą rozważyć, jak wpływa to na pozostałe charakterystyki silnika. Chociaż płynność dostarczania momentu obrotowego, ruch przy niskiej prędkości i rezonans można poprawić za pomocą mikrokroków, typowe ograniczenia w sterowaniu i konstrukcji silnika uniemożliwiają osiągnięcie idealnych ogólnych właściwości. Ze względu na działanie silnika krokowego, napędy mikrokrokowe mogą jedynie przybliżać prawdziwą falę sinusoidalną. Oznacza to, że w układzie pozostaną pewne tętnienia momentu obrotowego, rezonans i hałas, mimo że każdy z nich zostanie znacznie zmniejszony w operacji mikrokroku.
Dokładność mechaniczna
Inną mechaniczną regulacją mającą na celu zwiększenie dokładności silnika krokowego jest użycie mniejszego obciążenia bezwładnościowego. Jeżeli przy próbie zatrzymania silnik ma dużą bezwładność, obciążenie spowoduje lekkie nadmierne obroty. Ponieważ jest to często niewielki błąd, można go skorygować za pomocą sterownika silnika.
Na koniec wracamy do kontrolera. Ta metoda może wymagać pewnego wysiłku inżynieryjnego. Aby poprawić dokładność, możesz użyć sterownika specjalnie zoptymalizowanego dla wybranego silnika. Jest to bardzo precyzyjna metoda włączenia. Im lepsza zdolność sterownika do precyzyjnego manipulowania prądem silnika, tym większą dokładność można uzyskać z używanego silnika krokowego. Dzieje się tak, ponieważ sterownik dokładnie reguluje, jaki prąd pobiera uzwojenie silnika, aby zainicjować ruch krokowy.
Precyzja w systemach ruchu jest powszechnym wymaganiem w zależności od zastosowania. Zrozumienie, w jaki sposób układ krokowy współpracuje w celu uzyskania precyzji, pozwala inżynierowi wykorzystać dostępne technologie, w tym te stosowane przy tworzeniu elementów mechanicznych każdego silnika.
Czas publikacji: 19 października 2023 r
