减小步进电机振动的方法(一)- 细分技术

步进电机性能除了电机本体外,还会根据驱动方式和控制方法不同而受到很大影响。步进电机的驱动方式又分为整步、半步、细分驱动等模式。

一、整步驱动
在整步驱动时,步进电机驱动器按脉冲/方向指令对两相步进电机的两个线圈循环激磁(即将线圈充电设定电流),这种驱动方式的每个脉冲将使电机移动一个基本步距角,即1.80度 (标准两相电机的一圈共有200个步距角)。下图是整步驱动方式的电机定子电流次序示意图:

整步驱动每一步只有一相通电,整步驱动相序如下:BB’→A’A→B’B→AA’→BB’。
下图是整步驱动方式的电流矢量分割图:

下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图:

观察发现,整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份,整步驱动的电流波形比较粗糙的。使用这种驱动方式,电机低速时会抖动,噪声也比较大。但是,这种驱动方式的优点是无论在硬件或软件上都是相对简单,从而驱动器制造成本容易得到控制。

二、半步驱动
在单相激磁时,电机转轴停至整步位置上,驱动器收到下一脉冲后,如给另一相激磁且保持原来相继处在激磁状态,则电机转轴将移动半个步距角,停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后双相激磁步进电机将以每个脉冲0.90度的半步方式转动。和整步方式相比,半步方式具有精度高一倍和低速运行时振动较小的优点。

下图是半步驱动方式的电机定子电流次序示意图:

半步驱动方式比整步驱动方式相对复杂一些,在同一时刻,可能两个相都需要通电,通电电流应该为单相通电电流的√2/2。当然,也可以直接通与单相电流相等的电流,结果是电机转动过程中的力矩不恒定,但它带来的好处是简化驱动电路或软件编写。

半步驱动方式的驱动相序如下:BB’→BB’& A’A→A’A→B’B & A’A→ B’B→B’B  & AA’→AA’→ AA’&  BB’。按以上相序对电机通电,产生的电流矢量则可以把一个圆分割成8份。

半步驱动电流矢量如下图所示:

半步驱动方式的两相电流图如下图所示:

由上图可知,半步驱动时,描出的电流波形较整步驱动方式,有了很大改观,电流波形更平滑。对比整步驱动,电机的步进角分辨率提高了一倍,且电机运行更平稳,更安静。

三、细分驱动

细分驱动是将全部驱动时的各相的电流以阶梯状n步逐渐增加,使吸引转子的力慢慢改变,每次转子在该力的平衡点静止,将步距角作n个细分,可使转子运转效果光滑,因此,在低速运转时,此法可认为是降低振动的有效方法之一。

对比下图,可以看出某种规律:细分越多,电流矢量分割圆越来越稠密。

如上图的c,这是4细分驱动的分割图。从某种意义上,整步和半步驱动也是细分驱动的一样,它们的关系就如正方形和长方形的关系。

上图是4细分驱动方式的两相电流图,由图看出,这时每相电流的曲线较半步驱动时的电流曲线更加细腻,近似正弦波。
细分驱动方式是降低振动极为有效的方法,但是有以下要点需要注意:

  • 细分驱动在低速运行时效果越好,如果输入频率太快,对细分波形来说,由于不能得到希望的电流波形,会使电机跟踪精度变差。
  • 理论上细分数越多,降低振动的效果越明显,但实际到8细分是效果变化并不大。通过实际测试不同细分数的电流波形和电机转动角,我们发现8细分与16细分以上不会有效果的差别。
  • 细分的角度虽然能定位,但其精度不高,因此定位控制时,用细分的2相或1相导通方式来定位。

电力线通讯(PLC)简介

通信技术简介

电力线通信技术(Power Line Communication)出现于20世纪20年代初期。它是利用 已有的低压配电网作为传输媒介,实现数据传递和信息交换的一种手段。应用电力线通信方式发送数据时,发送器先将数据调制到一个高频载波上,再经过功率放大后通过耦合电 路耦合到电力线上。信号频带峰峰值电压一般不超过 10V,因此不会对电力线路造成不良 影响

基本原理

低压电力线宽带载波(Low voltage broadband power line carrier communication–LVPLC)通信是利用低压电力配电线(380/220V用户线)作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。
低压电力载波是电力系统特有的通信方式,通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络,只要有电线,就能进行数据传递。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流,然后利用各种等级的电力线传输,接受信息的调制解调器再把高频信号从电流中分离出来,并传送到电力线宽带用户终端(计算机、电视或电话机和智能电表、开关、变台)。低压电力线从来就不是一种理想的通信介质,但随着技术的不断进步,特别是调制技术微电子技术的发展,使得低压PLC的实用化成为可能。

特点

1、低压电力线宽带载波路由合理,通道建设投资相对较低。
2、低压电力线宽带载波通道带宽较宽,传输速率较高,比窄带载波性能更优良。
3、传输频段不受限,带宽范围内频段自适应。
4、受外界电力网络干扰小,低压电力线载波干扰频段限制在1MHz以下,而低压电力线宽带载波是建立在1MHz以上带宽的,低压宽带电力载波的基本频带为1MHz~20MHz,扩展频带为3MHz~100MHz,即可有效避免对外界的干扰
5、不需要重新架设网络,只要有电线,就能进行数据传递,运用维护应用成本低。
6、在广阔的范围内遇到干扰信号。如用户的各种电气设备,特别是陈旧的和有质量缺陷的电器,会给电力线上传送的信号带来干扰。
7、电力网络上的阻抗随负载的变化而会有大幅度的变化,且具有较强的时变性和随机性
8、由于存在较强的衰减特性,使得电力线上的各个节点表现出的性能也不尽相同。