步进电机失步原因分析及解决方法

  全面分析了经济型数控舰床在加工过程中步进电机失步的原因,并提出了相应的解决方案。由步进电机和驱动电路组成的开环数控系统因其结构简单、价格低廉、性能可靠而被广泛应用于经济型数控机床中,在我国机床行业的数控过程中发挥着重要作用。步进电机常用于精确定位,因此保证电机不失步至关重要。

  当失步及其危害步进电机正常工作时,每接收一个控制脉冲就移动一个步距角,即前进一步。如果连续输入控制脉冲,电机将连续旋转。步进电机失步包括失步和越步。失步时,转子前进的步数小于脉冲数;越步时,转子前进的步数大于脉冲数。一次失步和越步的步距等于运行拍数的整数倍。当步行严重时,转子会停留在一个位置或围绕一个位置振动。当步行严重时,机床会过冲。步进电机是开环进给系统的重要环节,其性能直接影响数控系统的性能。电机失步会影响数控系统的稳定性和控制精度,降低数控机床的加工精度。失步原因及解决方法

  1.转子的加速度慢。步进电机的旋转磁场比步进电机的旋转磁场慢。这是因为输入电机的电能不足,步进电机产生的同步扭矩不能使转子速度跟随定子磁场的旋转速度,导致失步。由于步进电机的动态输出扭矩随着连续运行频率的增加而减小,所以任何比这个频率更高的工作频率都会丢失。这种失步表明步进电机扭矩不足,拖动能力不足。解决方法:①增加步进电机本身产生的电磁转矩。因此,驱动电流可以在额定电流范围内适当增加;当高频范围扭矩不足时,可以适当提高驱动电路的驱动电压;改用扭矩大的步进电机。②减小步进电机需要克服的扭矩。因此,可以适当降低电机的运行频率,从而提高电机的输出扭矩;设定较长的加速时间,使转子获得足够的能量。

  2.转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度,转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度。此时定子通电励磁时间较长,大于转子步进所需的时间,因此转子在步进过程中获得了过多的能量,增加了步进电机产生的输出扭矩,使电机越步。当步进电机驱动负载上下移动的机构时,更容易出现越步现象,因为当负载向下移动时,电机所需的扭矩减小。解决方法:降低步进电机的驱动电流,从而降低步进电机的输出扭矩。

  3.步进电机及其负载有惯性。由于步进电机本身及其负载有惯性,电机在工作过程中不能立即启动和停止,而是启动时失步,停止时越步。解决方法:通过一个加减过程,即以较低的速度启动,然后逐渐加速到一定的速度运行,再逐渐减速到停止。合理平滑的加减速控制是保证步进驱动系统可靠、高效、精确运行的关键。4.步进电机共振也是失步的原因之一。当步进电机处于连续运行状态时,如果的频率等于步进电机的固有频率,就会产生共振。在控制脉冲周期内,振动没有完全衰减,下一个脉冲来了,所以共振频率附近的动态误差最大,步进电机会失步。解决方法:适当降低步进电机的驱动电流;采用细分驱动方法,包括机械阻尼。上述方法可以有效消除电机振荡,避免失步。