为什么步进电机需要斜坡？

我是新手，试图了解如何运行步进电机。我想到的概念是，步进器需要数字脉冲来运行，我也尝试过。我能够很容易地运行步进器。但是最近我遇到了一个链接，他们在其中使用了一个坡道来启动步进器，理由是：

“如果我们尝试以快速脉冲启动步进电机，那么它就坐在那儿，嗡嗡作响而不转动。我们需要缓慢启动步进电机，并逐步提高步进速度（加速）。” 资料来源：http : //www.societyofrobots.com/member_tutorials/book/export/html/314

我的问题是，为什么步进器会以规则的方波脉冲启动？为什么我们需要一个坡道？所有其他论坛和教程始终都在谈论为步进器提供数字脉冲以启动步进器，为什么这里不讨论斜坡生成的概念？用数字脉冲运行步进器是不好的做法吗？

当控制器使电动机步进时，转子必须移动足够远（角度），以便在下一个线圈（或一对线圈）通电时，它将沿正确的方向拉动转子。如果转子没有移动足够的角度，则线圈将向后拉动转子，而电动机就坐在那里并发出嗡嗡声。您可以在网上找到许多插图和动画来解释正常操作的方式-想象一下转子是否只移动了预定量的一部分。

转子，轴以及与轴连接的所有物体都具有惯性，并且存在各种摩擦。

步进器可以旋转轴的最大速度与电动机可用的转矩以及旋转轴所需的转矩有关（可用转矩随着RPM的增加而下降，而所需转矩通常随RPM的增加而增加）。那与惯性没有直接关系。

要真正达到最大值（或其中的一部分），您只能如此快速地提高RPM，而不会丢失任何步骤。在给定的转速下，最大加速度与惯性和多余的可用转矩有关。如果电动机尽其所能，只能跟上当前的RPM，那么您将无法再加速。如果RPM足够低，则无需提高它，您可以简单地告诉它逐步执行，但这通常只是电动机所能达到的RPM的一小部分。通常为简化起见，使用线性斜坡，但更凸的曲线将是最佳的。

这是东方汽车公司（日本一家主要汽车制造商）的电动机转矩曲线：

要预测最大加速度，您需要了解扭矩和惯性矩。如果超过给定负载下的最大加速度，则电动机将失步，因此合理的安全裕度是一个好主意。

听起来您所读的描述在谈论提高速度，换句话说，就是步频。每个步骤的脉冲仍然是正方形的。

原因是步进电机只能产生那么多的扭矩。当我们超过此最大转矩时，电动机将失去步距。

此外，根据牛顿第二运动定律，使电动机加速需要转矩：力等于质量乘以加速度：

对于旋转系统，这些术语会有所变化，但它们几乎是相似的：转矩等于惯性矩乘以角加速度：

结果是要立即加速电动机将需要无限的转矩，这是不可能的。因此，我们必须限制加速度，即“加速”速度，以将所需的转矩限制为电动机可以产生的转矩而不会丢失步数。

两年后...我想添加一些有关任何步进电动机的典型速度与振动/噪声的详细信息。

当步进速度非常慢时（例如每秒一次），轴将移至新位置并过冲，然后再下冲很多次，直到稳定在该台阶上为止。该过程在每个新步骤上重复。

电压/电流必须足以承受负载，并且需要选择电动机尺寸以匹配所需的扭矩。

一旦电动机不需要移动，就可以将电压/电流降低约50％至75％以保持该位置。如果摩擦力占主导地位，或使用某种类型的齿轮，则可以使电动机完全断电。这类似于继电器，例如需要12伏才能激活，但随后只需9伏即可轻松保持触点被激活。

将速度提高到每秒20左右时，振动/噪音达到最大。这是大多数工程师会设法避免的速度。

随着速度的增加，由于转矩的影响，振动/噪音也会降低。如果绘制噪声与频率的关系图，则形状将显示出清晰的向下方向，并带有一些局部最大值，通常为谐波频率。

假设典型值高于每秒100步，则振动要低到可以容忍的程度，并且假设扭矩变得太弱，无法在500赫兹以上可靠运行。

您可以立即使用这些频率中的任何一个来启动步进电机，而无需将速度从100 Hz提升到500 Hz。同样，无论频率高低，您都可以突然停止这些步骤。保持电流足以在该步骤将电机锁定。

当您想要超过最大频率时，需要进行倾斜。给定上面的“典型”数字，您可能会发现，电动机在加速加速时仍具有足够的转矩，可以在500 Hz至700 Hz的范围内工作。可靠运行的诀窍是在400 Hz之类的地方启动斜坡，然后使其升至700 Hz。保持该速度直到接近目标位置。

然后，从700 Hz平稳减速至450 Hz。如果仍未达到目标位置，则使电动机保持该速度。然后，从450 Hz开始停止。保持电动机在最大电流/电压下通电0.1秒钟至1秒钟，以确保消除所有振动源。

线性斜坡更容易创建。但是最佳的是“ S”形。您从安全频率开始，首先缓慢增加，然后以每秒递增的速度改变速率，直到达到最大值。

当需要减速时，采用相同的算法，缓慢降低速度并以指数方式改变降低速度，达到安全速度后停止降低速度，从而使电动机突然停止。

使用Motorola 68HC05微控制器完成所有这些操作的实际代码占用了约500个字节（内部EPROM总共为8K，RAM为128个字节）。它是用汇编语言编写的。

如果您具有用于微步进的硬件，则可以忽略所有有关噪声和振动的提及。如果要超过通常的最大速度，则仍需要“ S”形加速度。但是由于无论速度如何都不会产生振动，因此可以让减速度降到所需的最低水平。

从方波驱动器中学到的教训仍然存在。也就是说，对于最有效的到达目的地的方式，您希望减速度的频率刚好低于电机转矩足以突然停止和启动的点。