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閉環(huán)步進電機控制是如何工作的……為什么不直接使用伺服？

步進電機本質(zhì)上是開環(huán)設(shè)備。它們不需要反饋，因為驅(qū)動器提供的每個電流脈沖等于電機的一步（或微步情況下的一小部分）。加上小步長（或步距角），電機的位置可以非常地確定，無需反饋設(shè)備和復(fù)雜的控制方案。那么，如果可以在開環(huán)系統(tǒng)中確定步進電機的位置，為什么要為步進電機增加閉環(huán)控制的成本和復(fù)雜性？
步進伺服電機

步進電機

因為只有在電機永不失步的情況下才能了解電機的位置。在現(xiàn)實世界中，有多種情況會導(dǎo)致電機失步或失步——例如，機器卡住導(dǎo)致電機軸無法旋轉(zhuǎn)。為了應(yīng)對這些可能性，步進電機通常尺寸過大，以處理扭矩峰值、停轉(zhuǎn)或其他異常情況，否則會導(dǎo)致電機失步。但是，當(dāng)丟失的步數(shù)可能對應(yīng)用程序或過程有害時，另一種解決方案是在閉環(huán)系統(tǒng)中運行步進電機，通過位置反饋來檢測和糾正定位錯誤。步進電機通常有三種類型的閉環(huán)控制，每一種都提供不同級別的定位控制和復(fù)雜性。失步補償：移動結(jié)束時的反應(yīng)位置校正。常見的閉環(huán)步進電機系統(tǒng)類型是基于失步補償，也稱為失步控制或步進位置保持。在此設(shè)置中，驅(qū)動器以微步模式運行，編碼器跟蹤軸（或負載）位置。如果檢測到丟失步數(shù)，根據(jù)指令位置（步數(shù)乘以步距角）與編碼器讀取的實際位置，控制器會發(fā)出額外的指令，使電機（或負載）到達所需位置。失步補償是步進電機簡單的閉環(huán)方案，如上所述，采用廣泛，但其主要缺點是它僅在移動結(jié)束時補償丟失的步數(shù)，而不是在整個過程中持續(xù)進行補償。移動配置文件。負載位置控制：無需復(fù)雜控制的連續(xù)、實時位置校正。負載位置控制，也稱為閉環(huán)微步，持續(xù)監(jiān)控軸（或負載）位置并生成錯誤信號。在整個移動過程中，控制器使用該誤差信號實時調(diào)整命令。通過負載位置控制，系統(tǒng)在微步模式下仍作為步進系統(tǒng)運行，但更地遵循移動輪廓，而不是允許電機在移動過程中偏離并在移動結(jié)束時發(fā)出單個位置補償命令。
閉環(huán)步進電機

伺服控制：完全控制扭矩和位置

先進的閉環(huán)步進電機控制方法是將電機作為兩相無刷 ( BLDC ) 電機運行。（請注意，許多步進電機的兩相偏移 90°，而無刷直流電機的三相偏移 120°。）這種方法稱為伺服步進或閉環(huán)步進電機控制。對于步進電機的伺服控制，驅(qū)動器不是為電機提供全電流以產(chǎn)生運動，而是來自編碼器的反饋檢測軸位置，并且控制回路（通常為 PID 回路）確定軸需要的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)矩跟隨移動配置文件。換句話說，電機由轉(zhuǎn)矩指令驅(qū)動，而不是由電流脈沖驅(qū)動。
閉環(huán)步進電機

閉環(huán)步進電機器

因為它只提供實現(xiàn)移動曲線所需的電流，伺服控制方法比其他步進控制方法產(chǎn)生更高的效率。更高的效率意味著更少的熱量和更長的電機壽命。伺服控制還消除了困擾其他控制方法的共振問題，在低速下提供高扭矩，并允許電機使用其全部額定扭矩而不受拉出扭矩的限制。盡管比開環(huán)系統(tǒng)更復(fù)雜，但對步進電機實施伺服控制的要求仍然低于實施全伺服系統(tǒng)。請注意，還有另一種閉環(huán)步進電機控制方法，通常稱為無傳感器控制。在這種方法中，沒有反饋裝置；相反，控制器使用間接方法（例如測量反電動勢）來確定轉(zhuǎn)子位置。然而，無傳感器控制難以實施，并且不能提供關(guān)于電機估計位置的高度確定性。使用閉環(huán)控制的步進電機系統(tǒng)占步進電機應(yīng)用的一小部分，但如果位置丟失可能對應(yīng)用造成災(zāi)難性的影響，但系統(tǒng)需要低速下的高扭矩、相對簡單的架構(gòu)和相對較低的成本（與一個真正的 伺服電機系統(tǒng)）閉環(huán)步進電機器可能是合適的解決方案。

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