步進(jìn)電機(jī)失步的原因和解決辦法

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，每接收一個(gè)控制脈沖就移動(dòng)一個(gè)步距角，即前進(jìn)一步。若連續(xù)地輸入控制脈沖，電動(dòng)機(jī)就相應(yīng)地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步包括丟步和越步。丟步時(shí)，轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)小于脈沖數(shù)；越步時(shí)，轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)多于脈沖數(shù)。一次丟步和越步的步距數(shù)等于運(yùn)行拍數(shù)的整數(shù)倍。丟步嚴(yán)重時(shí)，將使轉(zhuǎn)子停留在一個(gè)位置上或圍繞一個(gè)位置振動(dòng)，越步嚴(yán)重時(shí)，機(jī)床將發(fā)生過沖。

失步原因及策略

（1）轉(zhuǎn)子的加速度慢于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

解釋：轉(zhuǎn)子的加速度慢于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，即低于換相速度時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生失步。這是因?yàn)檩斎腚妱?dòng)機(jī)的電能不足，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的同步力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟隨定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，從而引起失步。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩隨著連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而降低，因而，凡是比該頻率高的工作頻率都將產(chǎn)生丟步。這種失步說明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不足，拖動(dòng)能力不夠。

解決方法：a、使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大。為此可在額定電流范圍內(nèi)適當(dāng)加大驅(qū)動(dòng)電流；在高頻范圍轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，可適當(dāng)提高驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電壓；改用轉(zhuǎn)矩大的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。b、使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要克服的轉(zhuǎn)矩減小。為此可適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率，以便提高電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；設(shè)定較長的加速時(shí)間，以便轉(zhuǎn)子獲得足夠的能量。

（2）轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場(chǎng)的平均旋轉(zhuǎn)速度

解釋：轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場(chǎng)的平均旋轉(zhuǎn)速度，這時(shí)定子通電勵(lì)磁的時(shí)間較長，大于轉(zhuǎn)子步進(jìn)一步所需的時(shí)間，則轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過程中獲得了過多的能量，使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使電動(dòng)機(jī)越步。當(dāng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)那些使負(fù)載上、下動(dòng)作的機(jī)構(gòu)時(shí)，更易產(chǎn)生越步現(xiàn)象，這是因?yàn)樨?fù)載向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩減小。

解決方法：減小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，以便降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及所帶負(fù)載存在慣性

解釋： 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身及所帶負(fù)載存在慣性，使得電動(dòng)機(jī)在工作過程中不能立即起動(dòng)和停止，而是在起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)丟步，在停止時(shí)發(fā)生越步。

解決方法：通過一個(gè)加速和減速過程，即以較低的速度起動(dòng)，而后逐漸加速到某一速度運(yùn)行，再逐漸減速直至停止。進(jìn)行合理、平滑的加減速控制是保證步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠、高效、精確運(yùn)行的關(guān)鍵。

（4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生共振 解釋：共振也是引起失步的一個(gè)原因。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果控制脈沖的頻率等于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的固有頻率，將產(chǎn)生共振。在一個(gè)控制脈沖周期內(nèi)，振動(dòng)得不到充分衰減，下一個(gè)脈沖就來到，因而在共振頻率附近動(dòng)態(tài)誤差最大并會(huì)導(dǎo)致步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步。

解決方法：適當(dāng)減小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流；采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)方法；采用阻尼方法，包括機(jī)械阻尼法。以上方法都能有效消除電動(dòng)機(jī)振蕩，避免失步現(xiàn)象發(fā)生。

（5）改變方向時(shí)丟脈沖

解釋：表現(xiàn)為往任何一個(gè)方向都準(zhǔn)，但一改變方向就累計(jì)偏差，并且次數(shù)越多偏得越多。

解決方案：一般的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器對(duì)方向和脈沖信號(hào)都有一定的要求，如：方向信號(hào)在第一個(gè)脈沖上升沿或下降沿（不同的驅(qū)動(dòng)器要求不一樣）到來前數(shù)微秒被確定，否則會(huì)有一個(gè)脈沖所運(yùn)轉(zhuǎn)的角度與實(shí)際需要的轉(zhuǎn)向相反，最后故障現(xiàn)象表現(xiàn)為越走越偏，細(xì)分越小越明顯，解決辦法主要用軟件改變發(fā)脈沖的邏輯或加延時(shí)。

（6）軟件缺陷

解釋：控制程序?qū)е率Р揭膊簧僖?，需要檢查控制程序是不是有問題。

解決方案：一時(shí)找不到問題原因，也有工程師會(huì)讓步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間就重新找原點(diǎn)歸位。