当电机运行频率点在速度-力矩曲线的连续运行区域内时,如何缩短电机启动或停止时的加速或减速时间,使电机更长时间地运行在最佳速度状态,从而提高电机的有效运行时间是非常关键的。
如右图所示,步进电机的动态力矩特性曲线,低速运行时曲线为水平直线状态;高速运行时,由于受到电感的影响,曲线发生了指数下降。
A. 低转速状态下的直线加速运行已知电机负载为TL,假设想从F0 在最短时间 (tr)
内加速到 F1,如何来计算最短时间 tr ?
(1) 通常情况下 TJ = 70%Tm
(2) tr = 1.8 * 10
-5 * J * q * (F1-F0)/(TJ-TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0<t<tr
B. 高转速状态下的指数加速运行
(1) 通常情况下
TJ0 = 70%Tm0,
TJ1 = 70%Tm1,
TL = 60%Tm1
(2) tr = F4 * In [(TJ0-TL)/(TJ1-TL)]
(3) F (t) = F2 * [1 – e^(-t/F4)] + F0, 0<t<tr
F2 = (TL-TJ0) * (F1-F0)/(FJ1-TJ0)
F4 = 1.8 * 10 -5 * J * q * F2/(TJ0-TL)
备注:
J 表示电机转子加负载时的转动惯量。
q 表示每一步的转动角度,在整部驱动时就是指电机的步距角。
在减速运行时,只需将上述的加速脉冲频率反转过来计算就可以了。
•振动与噪音
一般来讲,步进电机在空载运行情况下,当电机的运行频率接近或等于电机转子的固有频率时会发生共振,严重的会发生失步现象。
针对共振的几种解决方案:
A. 避开振动区
使电机的工作频率不落在振动范围内
B. 采用细分的驱动模式
使用微步驱动模式,将原来的一步细分为多步运行,提高电机的每步分辨率,从而降低振动。这可以通过调整电机的相电流比来实现的。微步并不会增加步距角精确度,却能使电机运行更加平稳,噪音更小。一般电机在半步运行时,力矩会比整步时小15%,而采用正弦波电流控制时,力矩将减小