高级算法最小化步进电机噪声 - yaboAPP亚博,yabo亚博网站,亚博电竞官网客户端

高级算法最小化了精密运动控制应用中的步进电机噪声和振动亚博尊贵会员

作者:Dan Jacques, Allegro MicroSystems Inc.战略营销亚博棋牌游戏经理

步进电机：福利和挑战

步进电机在许多应用中提供直接电流（DC）和无刷直流（BLDC）电机的独特优势。亚博尊贵会员双极步进器提供精确的开环位置以及不使用控制回路或外部传感器的零速扭矩。通过控制的步进能力，步进电机非常适用于各种精密运动控制应用，包括闭路电视（CCTV），3D打印机，计算机数控（CNC），纺织制造设备和拾取机。亚博尊贵会员

成功部署步进电机需要有效地管理噪音和振动。例如，在CCTV亚博尊贵会员应用中，振动直接转换为图像传感器和万宝路。大变焦与运动结合可以扭曲图像。在3D打印中，由高扭矩纹波引起的电机共振或过冲可导致许多不需要的印刷伪影。在大多数情况下，降低电动机振动导致更好的图像质量或更精确的3D打印。减少电机振动还可以更安静的整体操作。

基于专有算法的先进技术 - 例如Allegro的A5984微型电机驱动器中发现的安静仪器 - 现在可以通过减少扭矩纹波和电流失真来最小化步进电机设计中的噪音和振动。在深入进入这些运动控制解决方案之前，了解导致振动并反过来的声音噪声开始，这是有助于从步进电机操作的操作。

步进基础知识

双极步进电机是直流电动机，其具有由布置成两个称为阶段的两个组的多个线圈构造的离散杆位置。两相之间的电流比确定转子如何位于两个绕组之间。以这种方式，步进电机可以将其在两个极之间的位置划分为称为MicroSteps的较小增量。

可以求和每个步进电机绕组中的电流来创建载体的大小是扭矩的矢量。通过检查极性空间中的两个阶段中的每一个中的每次，可以通过每个电循环旋转时来可视化向量。

图1.在1/8步入式步进电机的两个绕组中的每一个绕组电流。
在1/8步骤中双极步进的两个绕组中的每一个的右相电流，但在极地域中表示。

在时域(图1，左)中，力矩定义为两条曲线下面积之和。在极坐标域中(图1，右)，矢量的大小就是力矩。在这些图像中，扭矩可以看作是恒定的磁场通过每个电子循环。当转矩不恒定时，系统会产生振动和噪声。

假设电机在谐振下不操作，转矩纹波成为步进电机中可听噪声和振动的最大来源。

控制步进电机(电流控制)

脉冲宽度调制(PWM)电流控制是驱动步进器最常用的方法。通过实现电流控制，控制器PWM切断输出，限制每个绕组的电流以保持一个定义转子位置的比率。

PWM电流控制的性质基于所施加的占空比，电动机电感和其电压的电流纹波。为了最小化纹波，控制器可以通过实现各种衰减模式来管理如何在绕组中减小绕组。

单个PWM周期的常见衰减模式以驱动电流斜坡开始。

在驱动器之后，如图2A所示，通过图2B和2C所示的两个同步方法在PWM关闭期间实现衰减模式。

图2 -电机驱动器步进衰减

图2:全桥电流路径显示驱动和衰减模式。

快速衰减提供最佳电流控制，但导致高纹波。缓慢衰减导致低纹波，但衰减率受电机的背部电动势（BEMF），这在某些情况下可以产生电流的扭曲。

图3A显示了使用100%缓慢衰减时会发生什么。当绕组电流下降时，缓慢衰减不能足够快地减小电流，导致下降边发生畸变。图3B显示了使用100%快速衰变的效果。纹波电流大得多，但控制器保持对电流的精确控制。

图3 - 电机驱动器步进衰减

图3A缓慢衰减会在负载电流降低时产生失真。
图3B。快速衰减导致大的纹波电流，这可能导致振动和可听噪声。

图1所示的影响可以避免，同时也保持合理的纹波电流达成妥协。当电流在负载中减少时，驱动器实现快速和缓慢衰减的组合，称为混合衰减。关断时间分为快速衰减部分和缓慢衰减部分，如图4所示。当负载中的电流增加时，缓慢衰减使纹波最小化。

图4 - 电机驱动台步进衰减

图4.混合衰减最小化纹波，同时还保持绕组中电流的控制。

根据步进电机的特性及其LR时间常数，上升沿的缓慢衰减可以在低电流下产生问题，其中电流的变化率太快，对于PWM控制器而言，由于电流读出放大器消隐，因此对PWM控制器调节到低电流。当负载中的电流增加时，这种情况会导致电流失真，如图5所示。

图5 -电机驱动器步进衰减

图5.上升沿的慢衰减可能导致具有某些LR特性的电机中的失真。

很难实现一个简单的折衷，所有双极步进电机的工作。为了解决这些问题，同时保持尽可能低的涟波，系统必须适应不同的电机特性。

一种减少扭矩波纹的新方法

Allegro介绍了一种新的方法，以减少扭矩脉动和电流失真的步进电机应用。亚博尊贵会员这一创新，安静的步骤，现在可以作为一个选项，Allegro的最新A5984步进电机驱动器。

QuietStep技术使用了一种专有算法，可以在每个周期的基础上动态调整(向上或向下)快速衰减的百分比，从而在所有操作条件下实现最佳性能，而无需使用复杂的软件。

该算法通过首先实施缓慢衰减，使传统方法逆转到混合腐烂，然后快速衰减。图6A显示了传统的混合衰减，其固定部分快速衰减，快速衰减开始PWM截止时间循环。图6B示出了在PWM OFF-TIME周期开头使用QuietStep时衰减的衰减程度。安静的步骤自动调节快速和慢衰减的比率，以最大限度地减少电流纹波，同时保持精确的电流调节。

图6 - 电机驱动台步进衰减

图6A。传统的混合衰减，距离快速和缓慢衰减的比率是固定的。
图6 b。Adaptive-PFD可以动态调整快衰减比和慢衰减比，以保持电流控制和最小电流纹波。

只有在需要电流调节时才引入快速衰减，从而产生最低可能的纹波电流。图7显示了高纹波电流，这是由于固定的混合衰减随着电流的减少和电流控制的损失随着电流的增加而缓慢衰减。与混合衰减相比，QuietStep技术通过将纹波电流减半，消除了这些影响。当电流增加时，QuietStep保持电流调节至零安培。

图7 -电机驱动器步进衰减

图7.随着电流增加和混合衰减的传统慢衰减，降低电流的损失导致对随着电流的增加和大纹波的上升而导致的调节损失。Adaptive-PFD提供出色的电流调节，随着电流的增加，同时通过整个电气循环保持低纹波电流。

减少系统级电流纹波和谐振使振动以及由振动引起的可听噪声最小化。结果是在CCTV系统中更好的视频成像，以及3D打印中的卓越的打印质量。

从家庭自动化门锁和阀门控制到精密视觉系统和3D打印，降低了几乎每个电机控制应用都会增强噪音和振动。Allegro的EventStep技术消除了试图确定系统中噪音和振动源的麻烦。完全集成到IC中，静音易于实现，不需要编程或外部组件，并完全自动。

使用Allegro的双极步进电机驱动程序部署安静

微步电机驱动使这种先进的技术，像AllegroA5984，电流波形在宽范围的步进电机速度和特性上自动优化。步进电机驱动器解决方案配备安静的技术，在PWM周期内调整快速衰减的量，以最大限度地减少各种操作条件的电流纹波。此功能可提高系统性能，从而降低可听电机噪声，较低的振动和增加的步进精度。利用这项技术，A5984驱动器旨在从全面高达1/32步骤模式操作双极步进电机，并启用高达40 V和±2 A的输出驱动器容量。总体而言，安静的算法允许更轻松的系统设计，实施和操作。

要了解更多关于A5984驱动程序和QuietStep技术，请访问www.wangzuanquan.com/a5984.

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems是运动控制和节能系统的电力和传感解决方案的全球领导者。欲了解更多信息，请访问www.wangzuanquan.com．