步進電機區別于其他所有電機的最大優點走步精準而且有力。如果工作過程是已知的,阻礙力矩是在電機能力范圍以內的,反饋系統并不需要。反饋系統的加裝和信號采集處理會迅速增加成本,且與步進電機的特長重疊,所以除非必須,一般不要反饋系統。雖然這樣,一些高端微型步進驅動器還是提供了幾個反饋信號接入口,可接受模擬量(內置12位模數轉換)和數字量輸入,并通過相應的通訊協議發回給用戶。
驅動放大器
驅動放大器包括邏輯解釋模塊和電流放大模塊。驅動放大器接受步進脈沖,方向信號等輸入,輸出兩組(或幾組)受控電流到電機的兩個(或幾個)繞組。
邏輯解釋模塊根據用戶上位機發來的步進脈沖、方向信號以及脫機信號等,使得各線圈(繞組)電流輪流切換,從而使電機轉子步進旋轉。電機工作方式只有兩種,即整步工作和半步工作,步距角是由電機結構確定的。當基本步距角不能滿足要求時,需要進行細分驅動。即每次輸入脈沖切換時,不將電流全通或全斷,而只改變相應繞組電流的一部分,從而轉子只轉動基本步距角的一部分。細分功能由驅動器靠精確控制電機的相電流所產生,與電機無關。細分后,輸出電流變化相對平穩,一定程度上提高輸出轉矩,減弱電機的低頻振蕩,提高步距精度。具體的改善程度視細分程度和驅動電路的質量而定。對于質量較好的電機,一般16~32細分以上已無明顯作用,但可略為降低振動和噪音。
電流放大模塊將邏輯信號放大成工作電流。較為常用的是由場效應管組成的H橋電路。場效應管可以是一種電子開關,就像電燈開關。使用這種通斷型開關來調整電流的常用方式是斬波恒流。恒流就是恒定電流。斬波就是將高出需要電流波砍掉。例如往一個漏水的杯子里加水,如加水速度大于漏水速度,就要停停加加,以免溢出。場效應管開通時,電流上升。當電流剛超過設定時,場效應管關斷,電流被砍,掉下來。掉到低于設定時,場效應管再次打開,電流又上升。反復開關加上電機線圈電感作用,電流就保持在設定值了。需要指出的是,有些驅動放大器發熱量(不是溫度)很大,有些很小。主要原因是多數場效應管的內阻都在幾百毫歐姆。多數優愛寶驅動器場效應管內阻都在10-30毫歐姆之間,所以發熱量較普通驅動器小很多。驅動器的表面溫度與發熱量和散熱面積相關。優愛寶驅動器由于體積?。ɑ鸩窈写笮。?,故而雖然發熱量很?。ㄒ话阈∮?-2W),但是在一些大電流(4-8A)的工作場合,仍需要將其安裝在提供的法蘭片上并固定到電機上或機柜上以散熱。
運動控制器
運動控制器包括運動控制模塊和通訊模塊。運動控制器負責與用戶上位機交流,并按上位機要求,控制驅動放大器實現電機的受控運動。
為了讓用戶上位機能專注于高層次的控制工作,運動控制器必須具備足夠的智能。關于運動控制模塊的功能和原理涉及較為復雜的控制技術,此處從簡。這兒介紹與用戶切身相關的通訊模塊。多數情況下,運動控制器負責實現用戶指令。指令的傳遞涉及軟件(協議、指令結構)和硬件。硬件類似前面例子中的電話機/線,PC機/網線等。協議(電話還是電郵)定了,硬件也就基本定了。指令結構好比說話的語法結構,白話文結構,文言文結構等,雙方聽懂就好。
目前工業常用協議有RS232,RS485,CAN 等。RS232最簡單,但抗干擾差,傳輸距離短。RS485和RS232差不多簡單,抗干擾略強,傳輸距離較長。CAN總線協議以其高速(1百萬比特率)、長距離(1萬米)、高抗干擾的特點,被國外廣泛用于汽車(發動機、傳感和電控系統等)、自動化制造、交通管理等干擾信號嚴重,攸關人身安全的場合。CAN總線只需兩根導線即可組成網絡。其網絡結構類似節日彩燈,從頭到尾總共兩根電源線卻掛幾百盞燈。CAN協議保證不會發生節點為爭奪總線而撞車。但是CAN協議相對復雜,不易掌握。
一言以蔽之,一體化步進系統的特點就是:老大(用戶機)發句話,小弟(一體化系統)全搞定,并隨時可向老大匯報。