如何最小化步进电机的振动?


10

我想以非常平稳,恒定的速度运行步进电机,并使固定它的支架及其输出的振动最小。我如何驱动步进电机,以便即使在各步之间也能保持恒定的速度?


灵活的安装和驱动轴也可以提供帮助。
russ_hensel 2011年

您可以估计要摆脱的RPM吗?
jpc 2011年

所有降低之后,为1/1440 RPM(每天1转)。这是用于恒星跟踪安装的。
埃文·克拉尔

2
实际上是1/1436 RPM(1转/恒星天)。
埃文·克拉尔

我在问步进器本身,但我想它也会很低。
jpc 2011年

Answers:


15

您需要的是正弦电流驱动器。

换句话说,您必须将电动机像传统的无刷电动机一样对待,而不是步进电动机。这需要非常专业的步进驱动器,而且并不简单。

一个更简单的替代方法是尝试对步进电机进行微步进,但这不会使您完美地旋转。

确实,对于需要极其平稳的旋转运动的情况,步进器实际上只是错误的控制系统。您应该使用无刷交流电动机,或者至少使用有刷直流伺服电动机。

是有关步进驱动方式的不错的白皮书,其中有些与交流同步电动机形成对比。


@FakeName,如果您有备份内容的链接,那就太好了。我知道有时会增加一些时间来编写答案,但我想我只是指出它们的价值。
Kortuk'3

我一直在努力寻找简洁的方法。我还没有完成答案。但是,由于大多数严肃的运动控制系统都使用伺服电动机,因此似乎没有太多信息可以使步进电动机的运动非常平稳。
康纳·沃尔夫,

@FakeName,我觉得您很难找到好的资源,我为您添加了一些注释,但是我一直试图定期保留这些注释,以便社区逐渐朝着寻找参考的方向发展。
Kortuk 2011年

漂亮的白皮书。AFAIK的Geckodrive家伙也在研究类似的想法。
jpc 2011年

@Kortuk-我会尽力引用。有些事情比其他事情有更好的记录。@jpc-这并不令我惊讶。如果必须使用步进器,则正弦电流驱动必经之路。真的,只是步进电机很烂。
康纳·沃尔夫

5

使用全步驱动,转子的作用非常类似于弹簧-质量-系统,转子是质量,磁力是弹簧。当您从一个步骤移动到下一个步骤时,运动将始终很粗糙。转子几乎从一个步骤跳到下一步骤,并且需要一些时间才能使弹簧消减转子的能量,从而产生一点振动(请参阅:粗略运动)。

您可以在使用半步模式时对此进行平滑处理,还可以额外补偿转矩非线性,请参见。这个连结

按照这种逻辑,您最终将使用精细步进,微步进和正弦驱动。(有关微步进,请参见此链接

更多细节:

步进电机转子的共振频率通常在50 Hz ... 400 Hz左右。当以其自身的机械共振频率以全步长模式驱动电动机时,情况会变得很糟,并且很可能会丢失(跳越)步进。对于低速,最好保持低于电动机的共振频率。对于高速行驶,请在加速时尽可能快地超越共振,并且不要使用全步行驶。


2

如果速度不是限制因素,我只能建议使用减速器。

否则,我会选择一些反馈的无刷电机。


1
减速器意味着减速电机?
埃文·克拉尔

我同意,步进机运行太慢会使其变得非常粗糙。快速运行电动机并使用减速器是一种很好的方法。
Christopher Biggs

2

评估您的结构和激励器组合,以寻求衰减“声学-机械”的机会

脉冲方波电流会导致高转矩,但产生具有许多谐波的强调制转矩。这些是不可避免的,并通过微步进或避免共振频率来减小转矩。

因此,消除机械子系统中的共振和嗡嗡声的基本原理是使用坚固的底盘提高共振频率,并与弹性体减震架分离,以减弱结构共振,或者在不可能的情况下增加粘性阻尼。这些都是在地震地基设计,Bass Reflex扬声器外壳和转子电机安装座中发现的特质。

我曾经在80年代的1年代测试日本硬盘驱动器上的步进电机,然后使用步进然后线性旋转的稀土磁电机进行测试。您可以从逆向工程中学到最好的日本设计,而不是尝试重新发明轮子。

在研发之后,作为我职业生涯的一部分,我执行了设计验证测试或DVT,以使产品公司OEM采购百万美元的合同合格。NPL的(日立子公司)的设计是非常安静,非常快加速步进速率和充油减振器,就像汽车变速器,它有这个,但在透明的塑料环制成薄黄铜戒指以抑制振动和显著减少超调,以及创建速度曲线以平稳地加速到最大速度然后减速到目标位置。他们仅使用半步桥模式,但经常使用刚性的预紧式SS箔带代替皮带或链条,以将旋转式或线性齿轮减速方法转换为旋转式或线性执行器上的齿轮,但对于在发动机上快速平稳地安静运行非常有效。实心基板

所有机械系统都有共振,需要进行分析以确保激励频率不是步进基频的次谐波,甚至冲击安装座也具有Q放大作为低通滤波器。

注意:现在,所有磁盘驱动器都使用旋转音圈(例如带有移动线圈的弯曲稀土电磁线圈电动机。)然而,软盘驱动器和DVD播放器将蜗轮驱动步进器用于伺服定位器。从机械低通滤波器的角度检查一下它们为何如此平稳运行。

步进转矩也随着RPM的增加和PWM的使用而下降。因此最大的是失速/启动扭矩,而最终的RPM扭矩最小。保证金必须满足您的需求,并确保不会因机械磁杂散而产生有趣的共鸣。

我知道PWM模式H驱动器系统中存在共振和次共振,因此请小心测量听到的振动以及振动的来源!磁阶跃共振或亚共振。并得到一个旋转的粘性阻尼器飞轮。


不相关-问题域不同。
Dave Tweed 2012年

@DaveTweed再次错误。正确的领域是具有衰减和反共振的机电声学。
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75'7

1

除了最快的速度外,我的步进电机驱动的设备也同样存在此问题。

我决定参考上面和其他网站上提供的大量反馈。

我正在使用齿形皮带,正在寻找一种抑制脉冲的方法。现在,它是嘈杂的,并且在较慢的速度下,每个脉冲只是在“锤击”。

在我的研究中,我遇到了皮带张紧器(弹簧负载皮带),以帮助衰减步进脉冲。如果您使用皮带,这可能会有所帮助。

为了减少振动:

  1. 增加质量-例如飞轮等
  2. 绝缘-使用第三方来供电
  3. 减小力-降低电流,微步或(在我的情况下,添加弹簧皮带张紧器)其他许多减小力的方法。
  4. 调整-以更高的速度运行电动机(如果适用)降低
  5. 阻尼-例如“减震器”,可能就像弹簧皮带张紧器会受到冲击

我认为最好的方法是选择一种不同类型的电机,如上文所述。


1

请参阅Geckodrive支持页面,尤其是应用说明->步进驱动程序->变形的工作方式(抱歉,似乎无法直接链接)。步进电机基础知识也很有用。

基本上,如果您想足够快地进行操作,则会发生两件事:

  1. 您不需要微步进。
  2. 您会损失大部分电动机转矩。
By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.