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工作原理

步進電機加速減速設置的重要性

發布時間:2017-1-5 9:19:14 點擊量:

 

    步進電機由數字信號控制,如果脈沖信號變化太快,步進電機由于內部的反向電動勢的阻尼作用,轉子與定子之間的磁反應將跟隨不上電信號的變化,將導致堵轉和丟步,另一方面,角加速越快,也要克服更大的負載慣量,力矩不足也將導致步進電機堵轉。必須采用加減速的辦法來解決這個問題。就是說,在步進電機起步時,要給逐漸升高的脈沖頻率,減速時的脈沖頻率需要逐漸減低。這就是我們常說的“加減速”方法。

    步進電機大多采用PLC控制,PLC控制步進電機加減速通常采用斜率的方式,加速與減速的斜率是對稱的。用戶只需要設置加減速時間就可以改變斜率。如下圖:

 步進電機加減速對稱控制

    藍色線加減速時間為200ms,紅色線加減速時間為400ms,相對來說藍色線效率更高,紅色線運行更平緩,用戶根據設備需要來選擇加減速方法,通常加減速時間短就需要更大的力矩支持。

     大部分PLC還有分段控制的脈沖頻率功能,即,把速度分為三段分別設置加速段,勻速段,減速段,這樣加減速可以不對稱,滿足一些需要快啟動慢停止,或者慢啟動快停止的設備要求。

   個別功能強大的PLC設置可以實現分段曲線控制,在紡織機、繡花機、和數控機床控制系統中,往往也使用這種運算得出的加減速曲線。

PLC分段曲線控制步進電機加減速

步進電機加減速控制的S曲線: 

   目前還有一部分設備對步進電機的控制是采用單片機控制的,這一類設備往往設備體積小,價格低,更需要步進電機和控制器體積小,成本低。因此,優秀的曲線設計可以釋放負載變化過程中的轉動慣量,在一定范圍內幫助用戶實現這一目標。有用戶以為每毫秒固定加一個脈沖的設計方法最平緩,其實這樣是不現實的,不可能從0到10K的頻率變化寫一萬行指令,而且加減速時間就不好控制了。

簡便的方法是這樣的:

    參考一個公式:Y=(K-C)/(1+E^(-A(X-B)))+C,其中K為曲線的最高頻率,C為起始頻率,E為自然數,A為斜率(參考值1,值越大,曲線坡度越抖),X為變化量(參考值0.5),B為常數 (5、10、15都可以,數值越大,曲線坡度越抖)

   通過上面的公式就可以得出Y,可以建個excel表格,X從0開始變化,每次+0.5,然后算出Y,一直到Y接近最大頻率。大家都知道,常規57HB步進電機(24V驅動)空載時也很難在500毫秒以內加速到2000轉/分鐘,但是用S曲線就很容易實現了。 

  我們用小藍點來表示各個時間節點。假設把加速過程分為100次,每一次都有一個對應頻率Y值,假如要得到頻率從0到20000的曲線,細分100次,選取40到60個速度變化節點,就可以做出很好的S曲線了。

   值得注意的是,在加速的起步階段我們可以讓頻率增加比較快,但是接近最高速度時頻率變化比較慢(因為高速時步進電機力矩很小,反電勢和速度變化產生的跳動會增加步進電機堵轉的機率)。而減速的過程反之,減速之初可以讓頻率減少比較快,接近停止的時候變化比較慢,同樣是為了克服反電勢和慣量帶來的影響。

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