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驱动器的细分原理及一些相关说明
作者： 跳动的思维 ，2007-1-2 14:00:00 发表于：《运动控制论坛》 共有25人回复，1755次点击　 加为好友 查看播客 发送留言
                      驱动器的细分原理及一些相关说明
    有的人认为，细分是为了提高精度，其实不然，细分主要是改善电机的运行性能，现说明如下：步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的，以二相电机为例，假如电机的额定相电流为3A，如果使用常规驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该电机，电机每运行一步，其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变到0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。如果使用细分驱动器，在10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A，且电流是以正弦曲线规律变化，这样就大大的改善了电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。由于细分驱动器要精确控制电机的相电流，所以对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。注意，国内有一些驱动器采用“平滑”来取代细分，有的亦称为细分，但这不是真正的细分，望广大用户一定要分清两者的本质不同：
     1．“平滑”并不精确控制电机的相电流，只是把电流的变化率变缓一些，所以“平滑”并不产生微步，而细分的微步是可以用来精确定位的。
     2．电机的相电流被平滑后，会引起电机力矩的下降，而细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加。

以下是对《驱动器的细分原理及一些相关说明》的回复：
共有25人回复 分页: 1  
DONGHAI：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-2 14:05:00
    那这个细分和软启动有什么区别啊?

跳动的思维：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-2 15:25:00
    运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。

DONGHAI：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-2 15:42:00
    见识!那么驱动器有没有细分的?有的话是不是和软启动功能相似?前段听说有一种软启动是假的,不知道怎么分辨?

波恩：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-2 19:18:00
    楼主言之有理，早期的细分文章，就有将平滑驱动混同于细分的，甚至某国内著名步进教授（现在也搞伺服了）的弟子的早期博士论文都是如此。
对于步进系统而言，软启动的实际意义有限，平滑驱动和细分确实有用。尤其是细分，对于改善驱动特性，降低噪音和发热都有明显的作用。

甲丁：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-7 15:40:00
    我认为细分是可以提高精度，看了<<电机DSP控制的原理与应用>>一书,在10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A，并不是两相同时变化0.3A,而是A相变化
0.3A的同时B相电流不变,这样A,B两相的磁场合成矢量就变化一个角度,以此细分

波恩：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-7 21:25:00
    如果真的是A相变化0.3A的同时B相电流不变,而不是两相同时变化，这样的话磁场合成矢量是会变化一个角度，但是这样做的结果未必会产生均匀的细分结果。
另外，步进系统在一个齿距之内的最终定位精度取决于负载，如果不进行闭环控制，则步进系统再怎么细分，其绝对精度也只有1/4齿距。
所以，我认同“细分的实际意义不在于提高精度，而是在于改善电机的运行性能，如名义分辨率，运动平稳性，低速性能，噪音，发热等等。
欢迎大家踊跃发表意见，真理不辩不明吗！

flybaby：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-7 22:02:00
    学习电机

甲丁：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-7 22:11:00
    <<电机DSP控制的原理与应用>>一书的确如波恩所说---结果未必会产生均匀的细分结果.
“细分的实际意义不在于提高精度，而是在于改善电机的运行性能，如名义分辨率，运动平稳性，低速性能，噪音，发热等等。
在实际应用中,大多数是了提高分辨率,至于其绝对精度,要求高的话就不会选步进系统了

波恩：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-8 10:38:00
    看来，大家的意见有达成一致的趋势，OK！

hujie：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-24 8:19:00
     学习电机,受益菲浅！

笨鳥慢飛：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-1-24 13:12:00
    細分觀念其實也就是逼近 將脈衝波逼近於弦波 讓電機旋轉接近連續性 
弦波高門檻技術 用細分(倍頻)來做 是可以提高電機效益 精度在這邊的意義不大 個人淺見

风之翼：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-3-23 9:24:00
    步进细分达到的作用应该有两个，即可以提高精度，也可以使电机运行平稳，只是这两个方面在不同的场合强调的重点不同而已

叶勤：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-3-23 11:35:00
    好东西

波恩：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-3-23 11:53:00
    风之翼言之有理。

阿修罗的眼泪：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-3-30 10:25:00
    对楼主所言  "2．电机的相电流被平滑后，会引起电机力矩的下降，而细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加。" , 十分不解. 细分控制怎么会对力矩有所增加呢?? 请问楼主根据何在?  
我打个如方: 假如,细分无限大, 那么, 每小步走的角度无限小, 那每个小步的矩角特性对应的角也应该是无限小, 根矩距角特性接近正弦曲线的物性, 那个, 力矩也应该是无限小的. 不知我说的是否有错???

波恩：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-3-30 12:24:00
    错！矩角特性是针对步进电机的物理特性而言的，是以步进电机的每一个齿距范围为周期，而与细分数无直接关系，细分倍数再大，矩角特性也仍是针对齿距才有意义，否则就真的可能导出“细分无限大, 那么, 每小步走的角度无限小, 那每个小步的矩角特性对应的角也应该是无限小, 根矩距角特性接近正弦曲线的物性, 那个, 力矩也应该是无限小的”荒谬结论了。
“阿修罗的眼泪”前一阶段做了那么多步进细分的工作，看来到现在还是没有完全领会细分的要领，可惜，可叹也！

阿修罗的眼泪：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-3-30 17:24:00
    不明白咱就问,理解错了可以改正,尽量不养成一知半解就完事的习惯。 谁叫论坛里的兄弟都这么热情如火、诲人不倦呢！
回到正题， 那波恩兄是支持“细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加"的啰？ 能简要说明下这“增加”从何而来？

波恩：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-3-31 10:44:00
    我还真没有要支持“细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加”的想法，这个问题说法不一，有点公说公有理，婆说婆有理的感觉，都是一家之言，大家说出讨论无妨，要争个对错可就不容易了。

“电机的相电流被平滑后，会引起电机力矩的下降”平滑是针对整半步驱动设计的一种通过减缓每步电流上升沿来减小步进运行冲击，改善运行平稳性的方法，由于电流脉冲的沿被延缓了，因而不仅平均驱动电流下降，而且瞬态合成力矩也会有所降低。

“细分控制不但不会引起电机力矩的下降...”细分控制可以认为是一种超越于整半步控制方式，不再是仅仅在整半步控制的基础上进行改良，其原理是基于步进电机的矩角特性，具有矢量化控制的雏形，因而对步进电机固有特性的一种有效发掘，所以“不会引起电机力矩的下降”是有理论依据的。至于真的能否“增加”就是仁者见仁，智者见智了。

阿修罗的眼泪：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-4-3 11:26:00
    细分没有那么牛B: 
1. 细分减小电流冲击, 降低电流变化率,只是在电机低频运转时才如此. "电机每运行一步，其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变到0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。如果使用细分驱动器，在10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A" 话虽如此,但你想下, 你细分运行一步的距离只是整步运行的的十分之一, 如果要同样使电机达到一定的转速(相对高一点的转速),那么, 你细分运行速度(给脉冲的速度)也须是整步运行的十倍. 在高频时, 它们得到的di/dt是完全一样的. 细分, 只是能减小低频时换相瞬间的电流变化率.
2. "细分的微步是可以用来精确定位的"前提是, 负载相对电机额定负载小很多. 你如果是十细分,那么你细分步能连续带动的负载理论值是: 电机最大扭矩*sin(90度/10). 如果此时负载值为电机额定负载, 那么,你的前面9个细分步都是因为扭矩不够而丢步的! 只有第十个小步, 也就是整步的时候, 才能带动负载.
   也就是说, 你要用细分来"精确定位", 前提是, 你的负载比额定负载/细分数小. 否则, 你说的"精度定位"就是掩耳盗铃, 脱裤子放屁!
   即时你要用步进电机来细分实现"精确定位", 兄弟,,,你选电机的成本是相当高的!

阿修罗的眼泪：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-4-3 11:27:00
    波恩,来吧,等着你的砖头

波恩：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-4-3 11:43:00
    为什么要拍砖？你第2点就说得蛮有道理！看来认识有不小进步。补充一点，你所提的"精确定位"需求，就直接导致了步进闭环需求的产生。大马拉小车，也得适可而止，不能一味地大，否则真是浪费成本了。

至于第1点，你提到di/dt 和步进整步运行与细分运行频率的关系，其实可导致电机步进运行冲击的di/dt的时间尺度是远小于步进运行频率的，而在步进高频运行时，由于绕组电感的平波作用，可能电流冲击和抖动根本就不会出现，来不及出现。

hrb11：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-4-3 12:02:00
    讲的好,如画出图形来就更精确了,更明白了.

阿修罗的眼泪：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-4-3 14:44:00
    越搞步进电机,越觉得它本身就是一个矛盾.
1.开环控制吧, 简单,成本低,但一丢了步, 永远也爬不回来了;闭环控制吧, 成本翻倍上升,其效果也很难说,像前面说的日本东方马达弄的那玩意只是做到尽量将位置误差控制在1.8度内. 且闭环控制本身也有个矛盾, 如波恩前面所说, 步进电机本身的过载能力十分有限, 而闭控制无非也就是过载.

2.不细分吧,也一样简单,成本低,但1.8度的步进角及低频运动的抖动及噪声却让人难以接受; 细分吧,成本倒不至于翻倍,但效果也是个大大的问号,空载时转起来叫人看着心里舒服,一带上负载, 打的折扣就大了.估计没人会选比负载大十倍的步进电机去拖十分一的负载吧,按照波恩前面的教诲"步进电机几乎没有过载能力",通过过载去增大输出的作用也是微乎其微的. 那如果要获得30的细分, 是选比负载大几十倍的电机,  还是对细分步的失步睁只眼闭只眼呢?

3.用步进电机便宜是便宜, 但它无法消除的轻微振动及噪音是开发者心中永远的痛......

谢谢波恩兄纠正我对di/dt的理解.

gooout：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-5-8 10:43:00
    细分并不会降低步进电机带负载能力,细分的原理其实是用两相或多相的绕组电流来合成磁场,理论上和整步驱动的带负载能力是一样的,只是由于细分电流的精确与否会带来一定的误差,但绝对不会有"电机最大扭矩*sin(90度/10)"这一结论!!

波恩：
引用　　 加为好友　　 发送留言 　　2007-5-8 15:00:00
    其实“gooout”误解“阿修罗的眼泪”的意思了，当然“阿修罗的眼泪”在当时关于细分，带载能力和失步的关系和概念理解也存在问题。

何谓失步，何谓细分下的失步，如果非要保证每个细分步都能准确带载执行到位，必然产生"电机最大扭矩*sin(90度/10)"这样一个看似有理实则荒谬的结论!!