先进的算法最小化步进电机噪音 - yaboAPP亚博,yabo亚博网站,亚博电竞官网客户端

先进的算法最小化步进电机的噪声和振动在精密运动控制应用亚博尊贵会员

由Dan Jacques，Startgro Microsystems Inc.的战略营销经亚博棋牌游戏理

步进电机:好处和挑战

步进电机提供了独特的优势，比直流(直流电)和无刷直流(BLDC)电机在许多应用。亚博尊贵会员双极步进器提供精确的开环位置以及零速扭矩，无需使用控制环或外部传感器。由于步进电机的控制能力，步进电机是广泛的精密运动控制应用的理想选择，包括闭路电视(CCTV)， 3D打印机，计算机数控(CNC)，纺织制造设备，和拾取和放置机器。亚博尊贵会员

步进电机的成功部署需要有效的噪声和振动管理。在闭路电视的应用亚博尊贵会员中，例如，振动直接转换到图像传感器和框架。大变焦与运动相结合会使图像变形。在3D打印中，电机共振或高扭矩脉动引起的超调可以导致许多不必要的打印工件。在大多数情况下，减少电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使整体操作更安静。

基于专有算法的先进技术——如Allegro的A5984微步电机驱动器中的QuietStep——现在可以通过减少转矩波动和电流失真来减少步进电机设计中的噪声和振动。在深入研究这些运动控制解决方案之前，这是有帮助的，以了解什么导致振动和听觉噪音，开始如何步进电机的操作。

步进原理

双极步进电机是一种直流电动机与离散极位置构成的多个线圈安排在两组称为相。两相之间的电流比率决定了转子在两个绕组之间的位置。这样，步进电机可以把它的位置在两极之间分成更小的增量称为微步。

在每个步进电机绕组的电流可以求和创建一个矢量，矢量的大小是扭矩。通过检查两极空间中两相中的每一个电流，可以看到矢量通过每个电循环旋转。

图1所示。双极步进电机在1/8步的两个绕组中的左相电流。
在双极步进器的两个绕组中每一个在1/8步但在极域表示的右相电流。

在基于时间的域中（图1，左），扭矩被定义为两个曲线下区域的总和。在极性域中（图1，右），载体的大小是扭矩。在这些图像中，随着场通过每个电循环移动，扭矩可以被视为常数。当扭矩不恒定时，系统经历振动和可听噪声。

假设电机在谐振时不运行，转矩脉动成为步进电机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的最常见方法。通过实现电流控制，控制器PWM将输出排序，限制每次绕组中的电流以维持限定定义转子位置的比率。

PWM电流控制的本质导致基于应用占空比、电机电感和电压的电流纹波。为了使纹波最小化，控制器可以通过实现各种衰减模式来管理绕组中的电流减小。

单个PWM周期的常见衰减模式始于驱动电流的上升。

在驱动器之后，如图2A所示，通过图2B和2C所示的两种同步方法在PWM关断时间内实现衰减模式。

图2 - 电机驱动台步进衰减

图2：全桥中的当前路径显示驱动器和衰减模式。

快速衰减提供最佳的电流控制，但导致高纹波。缓慢的衰减导致低纹波，但衰减速率受电机的反电动势(BEMF)的影响，这在某些情况下会在电流中产生失真。

图3a显示了使用100％缓慢衰减时会发生什么。当绕线电流下降时，缓慢衰减不能足够快地减小电流，导致下降沿的失真。图3B显示了使用100％快速衰减的效果。纹波电流要大得多，但控制器保持对电流的准确控制。

图3 -电机驱动器步进衰减

图3A缓慢衰减会在负载电流减小时产生失真。
图3 b。快速衰减导致大纹波电流，这可以导致振动和可听见的噪声。

可以避免图1中所示的效果，同时通过达到折衷来保持合理的纹波电流。当电流在负载中减小时，驾驶员实现快速和慢衰减的组合，称为混合衰减。关闭时间被分成快速衰减的一部分和慢衰减的一部分，如图4所示。当负载中的电流增加时，慢衰减最小化纹波。

图4 -电机驱动器步进衰减

图4。混合衰减最小化纹波，同时也保持对绕组中电流的控制。

根据步进电机的特性及其LR时间常数，上升边缘的缓慢衰减可能在低电流时产生问题，电流的变化速率太快，由于电流检测放大器消光，PWM控制器无法调节到低电流。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 - 电机驱动台步进衰减

图5。上升边的缓慢衰减会导致具有LR特性的电机产生失真。

很难实现适用于所有双极步进电机的容易妥协。要解决这些问题，同时保持可能的最低纹波，系统必须适应不同的电机特性。

一种减小转矩脉动的新方法

Allegro推出了一种新的方法来减少扭矩纹波和电流失真，用于步进电机应用。亚博尊贵会员这种创新，安静的步骤现在可以作为Allegro最新的A5984步进电机驱动程序选择。

安静的技术使用专有的算法，动态调整（向上或向下）在逐个周期的基础上进行快速衰减的百分比，以在不使用复杂软件的情况下在所有操作条件下实现最佳性能。

该算法逆转了传统的混合衰减方法，先实现慢衰减，然后实现快衰减。图6A显示了传统的混合衰减，其中固定的部分是快衰减和慢衰减，快速衰减开始了PWM关断时间周期。图6B显示了在PWM关闭时间周期的开始使用QuietStep时缓慢衰减是如何开始的。QuietStep自动调整快速和缓慢衰减的比率，以最大限度地减少电流纹波，同时保持准确的电流调节。

图6 -电机驱动器步进衰减

图6 a。传统的混合衰减，其中快衰减和慢衰减的比率是固定的。
图6B。Adaptive-PFD可以动态调节快速和慢衰减的比率，以保持电流控制并最大限度地减少电流纹波。

仅在电流调节所需时才能快速衰减，导致最低可能的纹波电流。图7显示了由固定的混合衰减产生的高纹波电流，随着电流的慢衰减，电流控制的电流和电流控制的电流和损耗导致。与混合衰减相比，安静的技术通过切割纹波电流，消除了这些效果。当电流正在增加时，安静的步骤将当前调节维护到零安培。

图7 - 电机驱动台步进衰减

图7。传统的随电流增加而缓慢衰减和随电流减少而混合衰减导致随电流增加而上升的调节损失和随电流减少的大纹波。Adaptive-PFD提供良好的电流调节，增加电流，同时在整个电气循环中保持低纹波电流。

减少系统级电流波纹和共振最大限度地减少振动以及可听见的噪声造成的振动。在闭路电视系统中获得更好的视频成像效果，在3D打印中获得更好的打印质量。

减少可听见的噪音和振动增强了几乎所有电机控制应用，从家庭自动化门锁和阀门控制到精密视觉系统和3D打印。Allegro的QuietStep技术消除了确定系统噪声源和振动源的麻烦。完全集成到集成电路中，QuietStep易于实现，不需要编程或外部组件，是完全自动的。

采用Allegro双极步进电机驱动，采用QuietStep

使用MicroStepping Motor驱动程序实现这种先进技术，如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。

了解有关A5984驱动程序和安静的技术，访问的更多信息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。有关更多信息，请访问www.wangzuanquan.com.．