SchrittmotorFunktionsprinzip
Normalerweise ist der Rotor eines Motors ein Permanentmagnet. Fließt Strom durch die Statorwicklung, erzeugt diese ein magnetisches Vektorfeld. Dieses Magnetfeld treibt den Rotor um einen Winkel an, sodass die Richtung des Rotor-Magnetfeldpaars mit der des Statorfelds übereinstimmt. Wenn sich das magnetische Vektorfeld des Stators um einen Winkel dreht.
Schrittmotorist eine Art Induktionsmotor, dessen Funktionsprinzip die Verwendung einer elektronischen Schaltung ist, die Gleichstrom in eine zeitversetzte Stromversorgung und einen mehrphasigen Zeitsteuerungsstrom umwandelt. Mit diesem Strom wird die Schrittmotorstromversorgung versorgt, und der Schrittmotor kann ordnungsgemäß funktionieren. Der Treiber dient zur zeitversetzten Stromversorgung des Schrittmotors und zur mehrphasigen Zeitsteuerung.
Jeder eingegebene elektrische Impuls bewirkt eine Vorwärtsdrehung des Motors um einen Winkelschritt. Die Winkelverschiebung am Ausgang ist proportional zur Anzahl der eingegebenen Impulse, die Geschwindigkeit proportional zur Impulsfrequenz. Ändert man die Reihenfolge der Wicklungserregung, dreht sich der Motor um. So können Sie die Impulsanzahl, die Frequenz und die Reihenfolge der Erregung jeder Phase der Motorwicklung steuern und so die Drehung des Schrittmotors steuern.
Die Genauigkeit des allgemeinen Schrittmotors beträgt 3–5 % des Schrittwinkels und kumuliert nicht.
Das Drehmoment eines Schrittmotors nimmt mit zunehmender Drehzahl ab. Während sich der Schrittmotor dreht, bildet die Induktivität jeder Phase der Motorwicklung ein umgekehrtes elektrisches Potenzial. Je höher die Frequenz, desto größer das umgekehrte elektrische Potenzial. Unter dieser Wirkung erhöht sich die Motorfrequenz (oder Drehzahl) und der Phasenstrom verringert sich, was zu einer Verringerung des Drehmoments führt.
Bei niedriger Geschwindigkeit kann der Schrittmotor normal laufen, aber wenn er eine bestimmte Geschwindigkeit überschreitet, startet er nicht und es kommt zu einem Pfeifgeräusch.
Der Schrittmotor hat einen technischen Parameter: die Leerlauf-Startfrequenz. Das heißt, der Schrittmotor kann bei Leerlauf-Pulsfrequenz normal gestartet werden. Wenn die Pulsfrequenz höher als dieser Wert ist, kann der Motor nicht normal starten und es kann zu einem Außer-Schritt-Treten oder Blockieren kommen.
Bei einer Last sollte die Startfrequenz niedriger sein. Wenn der Motor eine hohe Drehzahl erreichen soll, sollte die Pulsfrequenz einen Beschleunigungsprozess aufweisen, d. h. die Startfrequenz ist niedriger und steigt dann bei einer bestimmten Beschleunigung auf die gewünschte hohe Frequenz (Motordrehzahl von niedriger auf hohe Drehzahl).
WarumSchrittmotorenmüssen mit Geschwindigkeitsreduzierung kontrolliert werden
Die Geschwindigkeit eines Schrittmotors hängt von der Pulsfrequenz, der Rotorzähnezahl und der Anzahl der Schläge ab. Seine Winkelgeschwindigkeit ist proportional zur Pulsfrequenz und wird zeitlich mit dem Puls synchronisiert. Somit kann die gewünschte Geschwindigkeit durch Steuerung der Pulsfrequenz erreicht werden, wenn die Rotorzähnezahl und die Anzahl der laufenden Schläge festgelegt sind. Da der Schrittmotor mithilfe seines synchronen Drehmoments gestartet wird, ist die Startfrequenz nicht hoch, um den Schritt nicht zu verlieren. Insbesondere mit zunehmender Leistung, zunehmendem Rotordurchmesser und zunehmender Trägheit können sich Startfrequenz und maximale Lauffrequenz um bis zu das Zehnfache unterscheiden.
Die Startfrequenzeigenschaften des Schrittmotors sind so, dass der Schrittmotor beim Starten nicht direkt die Betriebsfrequenz erreichen kann, sondern einen Anlaufprozess durchläuft, d. h. von einer niedrigen Geschwindigkeit allmählich auf die Betriebsgeschwindigkeit hochfährt. Beim Stoppen kann die Betriebsfrequenz nicht sofort auf Null fallen, sondern es erfolgt ein Prozess der allmählichen Geschwindigkeitsreduzierung auf Null.
Daher muss der Betrieb des Schrittmotors im Allgemeinen die drei Phasen Beschleunigung, gleichmäßige Geschwindigkeit und Verzögerung durchlaufen, wobei der Beschleunigungs- und Verzögerungsprozess so kurz wie möglich und die konstante Geschwindigkeit so lang wie möglich sein muss. Insbesondere bei Arbeiten, die eine schnelle Reaktion erfordern, ist die vom Startpunkt bis zum Ende benötigte Zeit am kürzesten, was den kürzesten Beschleunigungs- und Verzögerungsprozess und die höchste Geschwindigkeit bei konstanter Geschwindigkeit erfordern muss.
Beschleunigungs- und Verzögerungsalgorithmen sind eine der Schlüsseltechnologien in der Bewegungssteuerung und einer der entscheidenden Faktoren für hohe Geschwindigkeit und Effizienz. In der industriellen Steuerung muss der Verarbeitungsprozess einerseits reibungslos und stabil sein und die Flexibilität möglichst wenig beeinträchtigen. Andererseits sind schnelle Reaktionszeiten und schnelle Reaktionen erforderlich. Die Gewährleistung einer präzisen Steuerung zur Verbesserung der Verarbeitungseffizienz und zur Erzielung reibungsloser und stabiler mechanischer Bewegungen ist die zentrale Aufgabe der aktuellen industriellen Verarbeitung. Zu den in aktuellen Bewegungssteuerungssystemen üblicherweise verwendeten Beschleunigungs- und Verzögerungsalgorithmen gehören hauptsächlich trapezförmige, exponentielle, S-förmige und parabolische Beschleunigungs- und Verzögerungskurven.
Trapezförmige Kurvenbeschleunigung und -verzögerung
Definition: Lineare Beschleunigung/Verzögerung (Beschleunigung/Verzögerung von der Startgeschwindigkeit auf die Zielgeschwindigkeit) mit einem bestimmten Verhältnis
Berechnungsformel: v(t)=Vo+at
Vor- und Nachteile: Die Trapezkurve zeichnet sich durch einen einfachen Algorithmus, geringen Zeitaufwand, schnelle Reaktion, hohe Effizienz und einfache Implementierung aus. Die gleichmäßigen Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen entsprechen jedoch nicht dem Drehzahländerungsgesetz des Schrittmotors, und der Übergang zwischen variabler und gleichmäßiger Geschwindigkeit kann nicht fließend sein. Daher wird dieser Algorithmus hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, bei denen die Anforderungen an den Beschleunigungs- und Verzögerungsprozess nicht hoch sind.
Exponentielle Kurvenbeschleunigung und -verzögerung
Definition: Es bedeutet Beschleunigung und Verzögerung durch eine Exponentialfunktion.
Bewertungsindex für Beschleunigungs- und Verzögerungskontrolle:
1. Der Fehler in der Maschinenbahn und -position sollte so gering wie möglich sein
2. Der Bewegungsablauf der Maschine ist reibungslos, das Zittern ist gering und die Reaktion ist schnell
3. Der Beschleunigungs- und Verzögerungsalgorithmus sollte so einfach wie möglich sein, leicht zu implementieren und die Anforderungen der Echtzeitsteuerung erfüllen können
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Veröffentlichungszeit: 27. Juni 2023