步进电机定位不准的原因及处理方法

概述

       步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此也经常会出现一些定位不准的故障。

步进电机定位不准一般由以下几方面原因引起：
 

1、 改变方向时丢脉冲，表现为往任何一个方向都准，但一改变方向就累计偏差，并且次

数越多偏得越多；

2、 初速度太高，加速度太大，引起有时丢步；

3、 在用同步带的场合软件补偿太多或太少；

4、 马达力量不够；

5、 控制器受干扰引起误动作；

6、 驱动器受干扰引起；

7、 软件缺陷；

针对以上问题分析如下：

1、一般的步进驱动器对方向和脉冲信号都有一定的要求，如：方向信号在第一个脉冲上升沿或下降沿（不同的驱动器要求不一样）到来前数微秒被确定，否则会有一个脉冲所运转的角度与实际需要的转向相反，最后故障现象表现为越走越偏，细分越小越明显，解决办法主要用软件改变发脉冲的逻辑或加延时。

2、由于步进电机特点决定初速度不能太高，尤其带的负载惯量较大情况下，建议初速度在1r/s以下，这样冲击较小，同样加速度太大对系统冲击也大，容易过冲，导致定位不准。

3、根据实际情况调整补偿参数值，（因为同步带弹性形变较大，所以改变方向时需加一定的补偿）。

4、适当地增大马达电流，提高驱动器电压（注意选配驱动器）选扭矩大一些的马达。

5、系统的干扰引起控制器或驱动器的误动作，我们只能想办法找出干扰源，降低其干扰能力（如屏蔽，加大间隔距离等），切断传播途径，提高自身抗干扰能力，常见措施：

①用双纹屏蔽线代替普通导线，系统中信号线与大电流或大电压变化导线分开布线，降低电磁干扰能力。

②用电源滤波器把来自电网的干扰波滤掉，在条件许可下各大用电设备的输入端加电源滤波器，降低系统内各设备之间的干扰。

③设备之间最好用光电隔离器件进行信号传送，在条件许可下，脉冲和方向信号最好用差分方式加光电隔离进行信号传送。在感性负载（如电磁继电器、电磁阀）两端加阻容吸收或快速泄放电路，感性负载在开头瞬间能产生10~100倍的尖峰电压，如果工作频率在20KHZ以上。

6、软件做一些容错处理，把干扰带来影响消除。

步进电机位置定位精度的解决方法

驱动电路的改善

一、额定电压（电流）驱动：从额定电压降低电压来驱动 步进电机，发现位置定位精度变差。

例如：在空载时，用编码器作为负载，在额定电压（电流）时的精度与低于额定电压（电流）比较，精度变化较大。如上图所示，齿槽转矩使特性畸变的程度依据所加电压而不同，电压越低，齿槽转矩影响越明显。作者经验认为角度精度太差是很麻烦的，会引起测量电压（电流）不准。大家会注意到，转矩与电压有一定关系，而此关系如不同，会使空载时的角度精度变得很差或成为盲点。

二、2相激磁驱动：1相激磁驱动定子齿与转子齿作位置定位。相对2相激磁，由定子的2个相绕组激磁，转子齿磁场与定子磁场平衡，作位置定位。因1相激磁驱动时，其误差精度为各定子相的本身机械精度，而2相激磁误差，由多极位置决定，误差有所缓解，精度变好。特别是纵列型的两相PM型步进电机，1相激磁与2相激磁比较，1相激磁精度会差一些。

三、多步进位置定位：两相步进电机时以2或4步进位置定位驱动；三相步进电机3或6步进位置定位驱动。《步进电机步距角度精度的测量》一文中提到的是两相HB型步进电机的例子，如每4步进位置定位，精度大幅提高。

例如，每1.8°位置定位时，1.8°并非使用全步进，而是使用0.9°的步进电机，以2步进驱动1.8°位置定位，全步进选择0.6°的步进电机，3步进驱动有0.6°×3=1.8°的驱动方式。此种方式可以大大提高精度。

电机的改善

微调定子结构的改善：已知定子的微调结构能改善位置定位精度。以两相电机为例，微调结构，可以降低齿槽转矩，距角特性变为正弦波。三相HB型1.2°的步进电机，六主极无微调，与12主极有微调的全步进驱动时的位置精度比较如下图所示：

1/8细分驱动时的位置定位精度比较如下图所示：

三相12主极微调结构步进电机全步进时，位置定位精度可以改善±2%以内。在细分时，微调结构精度提高近50%。细分步距角精度比全步距角运行的精度大。步距采用8分割时，步距角为1.2°/8=0.15°，以此作为控制计算基准，其精度值当然比全步距角时要高。

三相HB型高分辨率电机的改善：三相HB型步进电机有2相1.8°的1/3，即0.6°的髙分辨率电机，由于驱动芯片可以在市场上买到，所以可以很容易地实现高精度位置定位。

RM型细分时的改善：以HB型步进电机细分的角度，用于位置定位时，其精度会有问题。RM型10细分位置定位时，计算出的位置是线性变化的，微步进细分时的角度精度比较。

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