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技术知识问答

Problem Solving

为什么要使用闭环步进电机伺服驱动器？
步进电机基本上是开环装置。驱动器发送的每个电流脉冲等于电机的一步（或微步步的小部分），因此不需要反馈。在小的步长（或步长角度）下，可以非常精确地确定电机的位置，而无反馈设备和复杂的控制方案。
 
如果步进电机的位置可以通过开环系统来决定，为什么闭环步进电机的闭环控制的成本和复杂性会增加呢？

一体化闭环步进电机

因为只有在电机永不失步的情况下，才可以准确了解电机的位置。在现实世界中，有多种情况可能导致电机失步或错失步幅，例如，机器卡纸阻止了电机轴的旋转。
 
为了应对这些可能性，步进电机通常尺寸过大，以应对扭矩过大、堵转或其他异常情况，否则可能会导致电机丢步，电机丢步对应用程序有很大损害，一种解决方案是在具有位置反馈的闭环系统中操作步进电机，以检测并纠正定位错误。
 
步进电机通常有三种类型的闭环控制，每种类型提供不同级别的定位控制和复杂性。
 
一、失步补偿：移动结束时进行无功位置校正
闭环步进系统最常见的类型是基于步进损耗补偿，也称为步进损耗控制或步进位置保持。在这种设置下，驱动器以微步进模式运行，编码器跟踪轴（或负载）的位置。如果检测到失步，则根据指令位置（步数乘以步角）相对于编码器读取的实际位置，控制器将命令附加步，以使电机（或负载）达到所需位置。
 
失步补偿是步进电机最简单的闭环方案，如上所述，它是最广泛采用的方法，但是它的主要缺点是，它仅补偿运动结束时遗失的步，而不是在整个运动过程中连续补偿。
 
二、负载位置控制：连续，实时的位置校正，无需复杂的控制
负载位置控制，也称为闭环微步进，连续监视轴（或负载）位置并生成错误信号。在整个移动过程中，控制器使用此错误信号实时调整命令。
 
通过负载位置控制，该系统仍可在微步进模式下作为步进系统运行，但可以更精确地遵循运动曲线，而不是在运动过程中允许电机偏离方向，并在运动结束时发出单个位置补偿命令。
 
三、伺服控制：完全控制扭矩和位置
最先进的闭环步进控制方法是将电机作为两相无刷（BLDC）电机运行。（请注意，许多步进电机的两个相位偏移90°，而无刷直流电机的三相偏移120°。）此方法称为伺服步进或闭环步进控制。
 
使用步进电机的伺服控制，而不是驱动器向电机提供全电流以产生运动，编码器的反馈会检测到轴的位置，然后控制环（通常为PID环）确定轴跟随所需的确切扭矩移动配置文件。换句话说，电机是通过转矩指令而不是电流脉冲来驱动的。

STM一体化闭环步进电机采用驱动+编码+电机+少量电缆的集成设计，使得驱动和电机适配更完美，省去了驱动器与电机之间匹配过程，能快速部署，无需臃肿的控制柜设计，降低了使用成本。

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