閉環(huán)控制vs傳統(tǒng)開環(huán)，步進(jìn)電機驅(qū)動的新選擇

在工業(yè)自動化中，步進(jìn)電機的應(yīng)用非常的廣泛，例如工業(yè)機器人、3D打印機、計算機硬盤等都有步進(jìn)電機的身影。傳統(tǒng)的步進(jìn)電機可以控制轉(zhuǎn)子的角度位置，而不需要傳感器來控制位置，是一種開環(huán)控制系統(tǒng)，在這樣的控制方式下，步進(jìn)電機控制脈沖的輸入并不依賴于轉(zhuǎn)子的位置，反而是按一固定的規(guī)律發(fā)出其控制脈沖，步進(jìn)電機僅依靠這一系列既定的脈沖而工作。大部分基于步進(jìn)電機的運動系統(tǒng)運行在開環(huán)狀態(tài)下，因此能夠提供低成本的解決方案。實際上，步進(jìn)系統(tǒng)是唯一的一個不需反饋就具備位置控制能力的運動技術(shù)，但是當(dāng)步進(jìn)電機以開環(huán)方式驅(qū)動負(fù)載時，在指令步和實際步之間存在失去同步的潛在可能性。

閉環(huán)控制指被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。步進(jìn)電動機的閉環(huán)控制則是采用位置反饋或速度反饋來確定與轉(zhuǎn)子位置相適應(yīng)的相位轉(zhuǎn)換，閉合了回路以校驗/控制失步、檢測電機堵轉(zhuǎn)，并保證了更大的有效力矩輸出，為用戶提供出色的精度和效率，既能達(dá)到伺服電機的性能，又具有步進(jìn)電機的低價優(yōu)勢，可以為那些對安全性、可靠性和精度有較高要求的運動控制應(yīng)用提供更經(jīng)濟的選擇。

閉環(huán)步進(jìn)電機驅(qū)動的9大優(yōu)勢

眾所周知伺服電機是帶編碼器并依靠編碼器工作，而帶編碼器的閉環(huán)控制步進(jìn)電機（步進(jìn)伺服電機）兼有步進(jìn)電機和伺服電機兩者優(yōu)點。

01 可頻繁的起動/停止

閉環(huán)步進(jìn)電機驅(qū)動適用于需要頻繁起動/停止的用途。

02 免增益調(diào)整

即使是在皮帶機構(gòu)、凸輪、鏈條驅(qū)動等負(fù)載發(fā)生變動的情況下，也可不用通過增益調(diào)節(jié)，便實現(xiàn)定位。而伺服電機中伺服系統(tǒng)的增益對電機性能有很大影響，而且調(diào)節(jié)伺服增益是很費時又費力的事情。

03 穩(wěn)態(tài)靜止，無抖動

伺服電機在停止時候由于依靠編碼器定位需要增益調(diào)節(jié)因此無法做到絕對靜止，而步進(jìn)伺服電機定位時無微小振動，通過電機自身保持力停止，因此最適合用于需無振動停止的低剛性機構(gòu)用途，典型應(yīng)用如光學(xué)領(lǐng)域等。

04 可實現(xiàn)大慣性負(fù)載的驅(qū)動

比起同等安裝尺寸的伺服電機，步進(jìn)伺服可驅(qū)動更大慣性的負(fù)載。

05 高速

得益于連續(xù)穩(wěn)定可靠的電流控制技術(shù)，閉環(huán)步進(jìn)電機可運行到3000-4000RPM不丟步。

06 高響應(yīng)

與開環(huán)步進(jìn)電機一樣，閉環(huán)步進(jìn)電機與控制指令同步運行，因此能夠在短行程、短時間完成精確定位。而通常伺服電機由于在停止時有位置整定時間不適應(yīng)短行程定位場合。

07 大力矩

與傳統(tǒng)的步進(jìn)電機相比，閉環(huán)步進(jìn)電機可以在非常寬的速度范圍內(nèi)輸出很大的力矩，驅(qū)動可以做到100%的負(fù)載連續(xù)運行。無需擔(dān)心電機驅(qū)動負(fù)載的能力，這與傳統(tǒng)的微步（細(xì)分）驅(qū)動完全不同。步進(jìn)伺服可以根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速采用獨特電流控制技術(shù)做到高速范圍內(nèi)依舊可以輸出大力矩。配合ADI Trinamic的CoolStep和Dcstep驅(qū)動器的輸出電流會隨著外部負(fù)載閉環(huán)動態(tài)增加或減少。

08 低速無振動，靜音

由于驅(qū)動器采用了矢量控制技術(shù)，加之ADI Trinamic特有的StealthChop和SpreadCycle專利技術(shù)可以保證電機低速時候無振動，靜音效果。

09 閉環(huán)電機發(fā)熱，實現(xiàn)高效率

閉環(huán)步進(jìn)與ADI Trinamic特有的Coolstep技術(shù)（電流隨負(fù)載動態(tài)調(diào)節(jié)）結(jié)合，能減少電機發(fā)熱，降低電機運行溫度，提高效率的同時進(jìn)一步節(jié)能。

步進(jìn)電機閉環(huán)驅(qū)動解決方案推薦

傳統(tǒng)的閉環(huán)方式是控制器、驅(qū)動器、電機分體式，控制器發(fā)出脈沖/方向控制驅(qū)動器，步進(jìn)電機將編碼器信號反饋到驅(qū)動器，有接線繁瑣、售后服務(wù)不便、脈沖/方向控制信號容易受到強磁場干擾導(dǎo)致定位不準(zhǔn)等諸多缺點，同時由于編碼器信號只反饋到驅(qū)動器屬于半閉環(huán)，無法檢測控制部分的脈沖丟失。

傳統(tǒng)半閉環(huán)步進(jìn)方案

ADI Trinamic采用的位置全閉環(huán)控制模式，模塊集成了總線接口、運動控制功能、輸入輸出、電機驅(qū)動和程序存儲，編碼器的信號反饋到模塊內(nèi)部完成閉環(huán)控制，具有布線簡單、控制精確、售后維護(hù)方便等諸多優(yōu)勢。

ADI Trinamic全位置閉環(huán)步進(jìn)方案

閉環(huán)驅(qū)動高性價比方案選擇

●    TMC4361+TMC2130/TMC5130（小功率）

●    TMC4361+TMC2160/TMC5160（大功率）

TMC4361是一款步進(jìn)電機全閉環(huán)伺服控制器，實現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的全閉環(huán)工作，帶有S形斜坡發(fā)生器，可以任意一點加減速，防止電機啟停時發(fā)生過沖現(xiàn)象。此外，TMC4361采用ADI Trinamic DcStep、閉環(huán)控制和ChopSync技術(shù)，盡可能快地驅(qū)動高負(fù)載而不會出現(xiàn)步進(jìn)損耗。

例如在閉環(huán)控制的整個運動過程中，如果發(fā)現(xiàn)發(fā)了1000個脈沖電機只走了998步，將會發(fā)送指令反饋給MCU，MCU再補回兩個脈沖，讓電機再走兩步，完成電機所要實現(xiàn)1000步的指令。步進(jìn)電機的閉環(huán)控制，有著校驗步數(shù)、防止丟步、堵轉(zhuǎn)檢測、力矩控制等關(guān)鍵技術(shù)，其穩(wěn)定性更好、精度更高，同時具備高響應(yīng)、高速性。

TMC4361步進(jìn)電機閉環(huán)驅(qū)動方案的優(yōu)勢：

●    支持絕對值編碼器，可選增量編碼器或者絕對值編碼器，讓工程師們設(shè)計時更方便。

●    S形斜坡

●    可急停、急停防過沖、頻繁啟動或停止

●    任意點加減速控制

●    免增益，靜止無抖動

●    靜音、低速無抖動

●    高速，高效率，高響應(yīng)

閉環(huán)驅(qū)動控制模塊化解決方案

TMCM-1310是全封閉單軸步進(jìn)控制單元，適用于需要高可靠性和動態(tài)特性的所有應(yīng)用。該設(shè)備由ADI Trinamic StallGuard2，CoolStep和SpreadCycle斬波器技術(shù)驅(qū)動。TMCM-1310能夠從每個輸出驅(qū)動高達(dá)4.3A的電流（帶有適當(dāng)?shù)纳崞?。設(shè)計用于9-51V的工作電壓。該設(shè)備提供USB，EtherCAT和編碼器接口。

TMCM-3312是高度集成的控制器/驅(qū)動器模塊，用于3個步進(jìn)電機軸，帶可選閉環(huán)操作，用于無傳感器負(fù)載相關(guān)電流控制的三軸步進(jìn)電機控制器/驅(qū)動器模塊。該設(shè)備由ADI Trinamic StallGuard2?、CoolStep、SpreadCycle?、StealthChop? 技術(shù)提供動力，并具有 SixPoint?和S形斜坡發(fā)生器。