传统步进电机转型闭环控制原理（传统步进电机转型闭环控制方法）

在工业自动化领域，步进电机得到广泛应用。例如工业机器人、3D打印机、电脑硬盘等都有步进电机。传统的步进电机可以控制转子的角位置，而不需要传感器来控制位置。它是一个开环控制系统。但随着伺服闭环控制在高速度、高响应、高精度“三高”方面表现越来越好，步进电机也开始向闭环控制方向发展。越来越多的制造商推出集成闭环电机，以填补开环步进电机和高性能伺服电机之间的空白。当然，有人说步进电机不需要闭环控制，只要在其允许的范围内使用即可。闭环控制步进电机绝对有其价值。它们为市场对要求较高但不需要使用伺服电机的场景提供了更多选择。

闭环控制下步进系统精度提升

首先，大家都知道步进系统比伺服系统便宜得多。由于成本低廉，步进系统在自动控制领域占有很高的份额，但步进系统存在丢步的可能性。尽管有微步进驱动器可以提高步进电机的精度，但微步进并不完全可靠。有了闭环控制器，步进系统的精度不比伺服差，但速度肯定比不上伺服。步进电机与闭环控制和光栅尺相结合，基本可以实现全闭环控制，消除机械误差。定位精度可以达到传统步进电机无法达到的水平，而成本远低于伺服系统。闭环步进电机并不是简单地为步进电机配备编码器，而是根据伺服电机系统的工作原理进行设计和开发。目前应用最广泛的是电机专用DSP芯片，它采用32位DSP作为主处理器，保证整个系统的高响应和高速度。它可以每25微秒调整一次电机电流，并且还会配置编码器。 Leadshine 42CME系列采用了最新的电机专用DSP芯片和闭环控制技术。 42CME采用1000线增量式光电编码器，扭矩可保持在0.2~0.8 Nm。精度较普通电机显着提高，步距角可控制在0.09。精度的提高意味着步进电机不再为了各个阻力点的安全而牺牲速度和效率。如果在阻力点处脉冲丢失，控制器将在阻力点后自动恢复速度并加速以补偿丢失的脉冲。 （来源：Leadshine官网）

步进系统闭环解决丢步与过冲

对于伺服电机来说，从高速转为低速时，不可避免地会超调一定距离，然后修正。简单来说，当控制器向伺服电机发送一个脉冲时，伺服电机往往不是取1个脉冲，而是取3个脉冲，然后退2个脉冲。在某些特定的运动情况下，这种超调是不允许的。正好步进电机的特点就是不会超调。结合步进电机本身的特点和伺服闭环控制方法，在此类运动场合有很大的应用空间。在这里您可以了解一下世界著名的步进系统制造商日本东方电气。他们重点关注的是集开环控制和闭环控制于一体的STEP步进电机。当位置偏差小于1.8时，仍采用开环模式，电机运行波形与脉冲指令基本匹配，无延时。过载位置偏差达到1.8后，切换为闭环控制，修正外力的影响。 （来源：东方汽车官网） 标准42系列中，扭矩覆盖0.3~0.77Nm。选用的编码器是自主研发的ABZO机械绝对式编码器，可以利用电机轴检测900转（1800转）的绝对位置。东方电机推出的号称永不丢步的步进电机，如果减速曲线不足、超调或丢步，会自动回到正确位置。整个过程中，加速和减速经历了数百级的平滑过渡，没有任何突然的振动或变化。

小结

市场上其实有很多电机厂家也推出了很多结合闭环控制的步进电机。我不会在这里全部列出。总的趋势是步进电机正在向闭环或混合式方向发展。这一趋势将使步进系统逐渐进入精度要求较高的机器，填补开环步进电机和高性能伺服之间的空白。