具有成本效益的位置控制提高步进电机的性能

低成本的步进电机是一个有吸引力的替代高端伺服电机的许多运动控制应用在工业机器。新一代套件编码器(模块化位置传感器)可以添加到标准电机中，提供准确可靠的闭环位置控制。除了提供绝对位置测量外，这些新型传感器还提供自供电、免维护的多转功能。

步进电机的位置控制

步进电机是一种简单的无刷直流电机，应用范围广泛，如小型工具、电器、打印机和车辆。在工业领域，它们已被用于机器中的定位任务或高速取放过程。

与用于精确运动控制的伺服电机相比，步进电机是更简单的设备。它们也便宜得多，平均成本是伺服电机的十分之一。步进电机的控制是通过电机定子线圈产生的电磁场的增量旋转来实现的。随着每个控制器脉冲，转子向前移动一个明确定义的步长或角偏移。每转最多200步是常见的，尽管400步或更多的电机也可用。通过微步操作可获得小于0.1度的分辨率。步进精度通常在百分之几的范围内。

用位置传感器关闭控制回路

基本的步进电机作为开环控制系统的一部分运行。如果电机未能按要求移动(由于意外的机械阻力)，则控制系统“认为”的机械部件位置与实际位置之间会存在差异，从而导致精度损失。这一缺点可以通过添加编码器(旋转传感器)来克服，该编码器可以确认每一步运动是否已经完成。

位置控制的绝对编码器

增量编码器提供简单的脉冲信号与每个完成的旋转步骤，是理想的速度控制。然而，绝对编码器可能是位置控制任务的更好选择。

使用增量编码器，如果控制系统需要确定电机轴的绝对旋转位置，它必须保持已完成的步数的准确计数。如果该计数丢失或损坏(例如从电源中断到电源中断)，位置知识将丢失。在这种情况下，通常需要通过将机器返回到已知的起始位置并重新开始步长计数来“重新返回”系统。

相比之下，绝对编码器直接测量旋转角度，并可以报告完整的位置数据，包括完整旋转的次数。控制器可以在任何时候检索这些信息，因此可以立即恢复生产，减少时间和材料的损失。

套件编码器与磁铁绝对编码器

步进电机的磁绝对编码器可作为“套件”或模块化设备，设计为集成到电机外壳中，直接从传动轴测量旋转位置。这些设备的核心元件是一个磁测量模块，它是紧凑的(直径小到22毫米)，抗灰尘、潮湿和冲击/振动负载。绝对磁编码器可在-40至105°C的工作温度范围内提供高达±0.1°的精度。当电机连接到螺旋轴、电缆鼓或齿轮减速系统时，多转变型是有用的。多圈旋转计数器是自供电的，使用基于韦根效应的高效、免维护的能量收集系统，在韦根效应中，特别设计的电线中的磁场暴露在磁铁上时翻转，产生电压。这样就不需要备用电池了。

套件包可与nema标准步进电机的流行增量编码器具有相同的安装形式因子，使这些编码器方便地替换较不先进的增量编码器。

由于套件编码器不具有独立编码器所需的外壳、轴、轴承或密封件，制造商可以以相对较低的价格提供核心测量模块。因此，步进电机-编码器组合通常比可比伺服电机更便宜。成本效益还扩展到在步进电机的外壳中安装磁性套件编码器所需的步骤。磁测量技术对旋转元件(固定在电机轴上的小型永磁体)和螺栓固定在外壳上的组件之间的轻微偏差相对耐受。这简化了装配程序，降低了制造成本。自校准功能可以补偿微小的对准误差而不损失测量精度。

步进电机内的位置传感器

带内置位置传感器的步进电机是制造设备、包装机械、机器人和其他需要可靠、成本效益高的驱动机构的应用中定位任务的有用替代选择。

吉姆·史蒂文斯是产品专家，Posital Inc .)由Mark T. Hoske编辑，内容经理，控制工程，CFE媒体，mhoske@cfemedia.com．

更多的答案

关键词:位置控制，编码器，运动控制

考虑一下这个

什么应用可以从低成本的旋转位置控制中受益?

在线额外

Posital是Fraba集团公司的一部分。Posital Fraba解释了更多关于使用韦根效应的能量收集位置传感器．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。