步进电机伺服系统的位移和速度如何控制（伺服电机 步进）

偏移问题是使用步进或伺服电机的设备制造商在设备安装、调试和设备使用过程中面临的常见问题之一。偏差可能是由于机械装配不当、控制系统与驱动信号不匹配、设备内的电磁干扰、车间内设备之间的相互干扰、设备安装时地线处理不当等原因造成的。

本文从众多应用案例中提取并整理了最常见的不对中原因及对策，以帮助设备制造商调试人员快速定位问题，采取各种适当措施提高设备抗干扰性，并正确接地设备以保证正常运行。

规律性偏位现象、原因及解决办法

问：做往复运动时，越往前走，得到的就越多（少）。

可能原因：脉冲当量错误

原因分析：无论是同步轮结构还是齿轮齿条结构，都存在加工精度误差。运动控制卡（PLC）没有设置精确的脉冲当量。例如，最后一批同步轮电机使设备向前旋转10mm。这批较大的同步轮电机一转就向前移动了10.1mm，这将导致这批机器每次比之前的设备多行驶1%的距离。

解决办法：出机前用机器画出尽可能大的正方形，然后用尺子测量实际尺寸，比较实际尺寸与控制卡上设定的尺寸比例，然后添加到控制中卡计算，重复三遍。您将获得更准确的值。

可能原因：脉冲指令的触发沿与方向指令的电平转换时序冲突。

原因分析：驱动器对上位机发出的脉冲指令的边沿和方向指令电平转换有一定的时序要求。但有的PLC或运动控制卡在编程时不满足这一要求（或者其本身的规则不满足驱动器的要求），导致脉冲和方向时序不符合要求而出现偏移。

解决方案：控制卡（PLC）软件工程师提出方向信号。或者驱动应用技术人员更改脉冲边沿计数方法。

运动过程中，电机定点抖动。通过此点后，可以正常运行，但会少走一定的距离。

可能原因：机械装配问题

原因分析：机械结构在某一点阻力较大。由于机械安装的平行度、垂直度或设计不合理，导致设备在某一点阻力较大。步进电机的扭矩变化规律是速度越快，扭矩越小。高速路段很容易卡车，速度下降。下来但你可以走过去。

解决方法： 1、检查机械结构卡死的原因，是否存在摩擦阻力或滑轨安装不平行等。 2、步进电机扭矩不够。由于最终客户要求提速或增加负载，原本能满足要求的电机在高速时缺乏扭矩，导致高速段堵转。解决的办法可以是通过驱动器设置更大的输出电流，在驱动器允许的电压范围内提高供电电压，或者更换更大扭矩的电机。

Q：电机往复运动没有到达所需位置，偏移固定。

可能原因：皮带间隙

原因分析：皮带与同步轮之间存在反向间隙，反向时会有一定的空距。

解决方法：如果运动控制卡有皮带间隙补偿功能，则可以使用；或拉紧皮带。

问：切割和拉伸轨迹不重叠。

可能原因：惯性太大

原因分析：平板切割绘图机的喷墨过程是由光栅控制的，有扫描运动，切割时有插补运动。由于同类设备的X轴小车惯性小，且采用光栅定位，两条轨迹不重叠，因此喷墨位置准确。 Y轴龙门结构惯性大，电机响应性差，插补运动时Y轴跟随性差，导致轨迹出现局部偏差。

解决方法：增大Y轴减速比，并利用缺口功能提高伺服驱动器刚性即可解决此问题。

可能原因：刀与喷嘴的重叠度没有调整好

原因分析：由于刻画机的刀具和喷嘴均安装在X轴小车上，但两者之间存在坐标差，刻画机上位机软件可以调整此坐标差为使刀具与喷嘴的运动轨迹重合。如果调整不当，切割和绘图轨迹会整体分离。

解决方法：修改刀和喷嘴位置补偿参数。

问：把圆画成椭圆

可能原因：XY轴平台两轴不垂直

原因分析：XY轴结构，图形偏差，如将圆画成椭圆，将平方偏差画成平行四边形。当龙门结构的X轴和Y轴不垂直时就会出现这个问题。

解决方法：通过调整龙门架X轴、Y轴垂直度即可解决此问题。

不规则跑偏现象、原因及解决方法

问：在运行过程中，时常会出现错位现象。错位是偶然的并且错位的量是不确定的。

可能原因：干扰导致电机跑偏

原因分析：非周期偏差大部分是干扰造成的，少部分是运动控制卡发送的脉冲较窄或机械结构松动造成的。

解决方法：如果干扰频繁出现，可以用示波器监测脉冲频率，确定干扰出现的时间，进而确定干扰源。部分干扰可以通过去除或移走干扰源的脉冲信号来解决。如果偶尔出现干扰，或者难以确定干扰源位置或电气柜固定、难以移动，可以考虑采取以下措施解决：

驱动器接地，

将脉冲线更换为双绞屏蔽线。

脉冲正负端并联103陶瓷电容进行滤波（脉冲频率小于54kHz）。

脉冲信号套磁环，

在驱动器和控制器电源前端添加滤波器。

注：常见的干扰源包括变压器、线圈继电器、变频器、电磁阀、高压线等，规划电气柜时，信号线应远离这些干扰源。信号线和高压电源线应走在不同的线槽中。

可能原因：脉冲串中出现窄脉冲

问题分析：客户运动控制卡发送的脉冲串占空比太小或太大，导致窄脉冲无法被驱动器识别，从而产生偏移。

解决办法：在控制器中查找出现此问题的原因，是脉冲接口问题还是软件算法问题。

可能原因：机械结构松动

问题分析：用顶丝固定或用螺钉夹紧的联轴器、同步轮、减速器等连接件在快速冲击情况下运行一段时间后可能会出现松动，导致不对中。对于用键和键槽固定的同步轮，要注意键和键槽之间是否有间隙。对于齿条齿轮结构，要注意两者之间的配合间隙。

解决办法：关键部位及受力较大的结构螺钉必须使用弹簧垫圈，螺钉或顶升螺钉应涂螺钉胶。电机轴与联轴器应尽可能采用键槽连接。

可能原因：滤波电容过大

问题分析：滤波电容太大。普通RC滤波器的截止频率为1/2RC。电容越大，截止频率越小。一般情况下，驱动脉冲端电阻为270欧姆。由103个陶瓷电容组成的RC滤波电路的截止频率为54khz。高于此，由于幅度衰减过大，一些有效信号无法被驱动器正确检测到，最终导致偏移。

解决办法：加滤波电容时，需要计算脉冲频率，最大通过脉冲频率必须满足要求。

可能原因：PLC或运动控制卡的最大脉冲频率不够高

原因分析：一般PLC允许的最大脉冲频率为100kHz。运动控制卡根据其脉冲芯片的不同，差别很大。特别是普通单片机开发的运动控制卡，可能会因为脉冲频率不够高而出现偏移。

解决办法：如果上位机最大脉冲频率受到限制，为了保证速度，可以适当减小驱动器细分数，以保证电机速度。

编辑：hfy