自制工具合集之《在线步进电机调速》

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前言

• 工具地址: 电机调速
• 无需下载，根据输入的起始频率、结束频率及采样点，输出横坐标为时间，纵坐标为频率的曲线。
• 支持多种曲线类型，直线(梯形)，S形，指数，对数。
• 有好的想法或遇到问题，请到留言板留言。

简介

步进电机的调速方法可以根据不同的控制方式和技术手段进行分类，以下是常见的方式：

分类依据	调速方法
电流/电压控制	改变电压、改变电流、PWM控制
反馈控制	闭环控制、PID控制
软件/算法控制	软件控制、微步控制
机械装置	齿轮调速、皮带/链条传动
驱动器特性	细分驱动器、智能驱动器
脉冲控制	改变脉冲频率、加减速控制、细分控制

此工具是基于脉冲控制的，对微控制器的PWM频率变化的描述。

使用说明

步骤:

1. 选择新增打开模态框
2. 输出起始频率，结束频率，采样点，系数(直线系数无效)
3. 点击确认

关于占空比

控制步进电机的 PWM（脉宽调制）方波占空比的选择需要根据具体的应用需求、电机特性以及驱动电路的设计来确定。

以下是选择合适占空比的关键因素和建议：

占空比对步进电机的影响

占空比定义：占空比是指 PWM 信号中高电平时间与整个周期的比值，通常用百分比表示（例如 50% 表示高电平和低电平时间相等）。

对电机的影响：

• 低占空比：电机获得的平均电压较低，转速较慢，扭矩较小。
• 高占空比：电机获得的平均电压较高，转速较快，扭矩较大。
• 过高占空比：可能导致电机过热或驱动电路过载。

选择合适的占空比

1. 根据电机额定电压和驱动电压

   • 如果驱动电压与电机额定电压匹配，占空比可以设置为 50%~100%。
   • 如果驱动电压高于电机额定电压，需要通过降低占空比来限制平均电压，避免电机过热或损坏。
   • 例如：驱动电压为 24V，电机额定电压为 12V，则占空比应设置为 50% 左右。
   • 例如：驱动电压为 36V，电机额定电压为 12V，则占空比应设置为 33% 左右。

2. 根据负载需求

   • 轻负载：可以降低占空比（例如 30%~50%），以节省能量并减少发热。
   • 重负载：需要提高占空比（例如 70%~100%），以确保足够的扭矩和转速。

3. 根据调速需求

   • 如果需要低速运行，可以降低占空比。
   • 如果需要高速运行，可以提高占空比。

4. 根据驱动器的特性
   某些步进电机驱动器具有电流控制功能，可以通过调节 PWM 占空比来控制电流。在这种情况下，占空比的选择应参考驱动器的规格和电机的额定电流。

占空比的典型范围

• 低速运行：占空比 20%~50%。
• 中速运行：占空比 50%~80%。
• 高速运行：占空比 80%~100%。

注意事项

• 避免过高占空比：过高的占空比可能导致电机过热或驱动电路损坏。
• 避免过低占空比：过低的占空比可能导致电机无法启动或运行不稳定。
• 结合电流控制：如果驱动器具有电流控制功能，应优先使用电流限制功能，而不是单纯依赖占空比调节。
• 测试与调整：在实际应用中，需要通过测试调整占空比，找到最佳值。

示例

• 驱动电压 24V，电机额定电压 12V：
  • 占空比设置为 50%，平均电压为 12V，适合电机正常运行。
• 驱动电压 12V，电机额定电压 12V：
  • 占空比可以设置为 100%，以获得最大扭矩和转速。
• 轻负载低速运行：
  • 占空比设置为 30%~50%，以降低功耗和发热。

小结

合适的 PWM 占空比取决于驱动电压、电机额定电压、负载需求和运行速度。
通常占空比的范围在 20%~100% 之间，具体值需要通过实验调整。
在实际应用中，建议结合驱动器的电流控制功能，确保电机运行稳定且不过热。

关于细分

步进电机细分对扭矩的影响主要体现在以下几个方面：

1. 细分驱动与扭矩

• 细分驱动通过将每个步进角细分为多个微步，使电机运行更平稳，减少振动和噪音。
• 低速时，细分驱动能提升扭矩输出，因为电流控制更精确，减少了步进损失。
• 高速时，细分驱动可能导致扭矩下降，因为电机需要更频繁地切换电流方向，增加了损耗。

2. 细分与电流控制

细分驱动通过调整相电流，使电机在微步间平滑过渡，理论上能保持较高扭矩。

但实际中，由于驱动器和电机的非线性特性，细分可能导致电流波形失真，降低扭矩效率。

3. 细分与共振

细分驱动能减少共振，提升低速运行的平稳性，间接改善扭矩输出。
但在某些频率下，细分可能引发新的共振点，影响扭矩表现。

4. 细分与驱动器性能

高性能驱动器能更好地实现细分控制，减少扭矩损失。
低性能驱动器在细分时可能导致电流控制不精准，增加扭矩波动。

5. 细分与电机发热
   细分驱动通常降低电机发热，因为电流变化更平缓，减少了铜损和铁损。

发热减少有助于电机在长时间运行时保持较高扭矩。

小结

低速时，细分驱动能提升扭矩和平稳性。
高速时，细分可能导致扭矩下降。
驱动器性能和电机设计对细分下的扭矩表现有显著影响。
因此，选择细分模式时需根据具体应用需求权衡扭矩、速度和运行平稳性。

低高速的界定

步进电机的“低速”和“高速”界定没有固定标准，通常取决于电机的特性、负载和应用场景。以下是常见的界定方式：

1. 基于电机步距角的界定

• 低速：电机运行频率低于1000步/秒（即每秒步数）。
• 高速：电机运行频率高于1000步/秒。

示例：
对于1.8°步距角的电机（200步/转）：
低速：低于5转/秒（300 RPM）。
高速：高于5转/秒（300 RPM）。

2. 基于电机扭矩曲线的界定

• 低速：电机运行在扭矩曲线的平坦区域，扭矩接近最大值。
• 高速：电机运行在扭矩曲线的下降区域，扭矩随转速增加而显著降低。

示例：
对于大多数步进电机，扭矩曲线在300-500 RPM后开始下降，因此：
低速：低于300-500 RPM。
高速：高于300-500 RPM。

3. 基于应用场景的界定

• 低速：适用于需要高精度定位和低速平稳运行的场景，如3D打印、显微镜平台。
• 高速：适用于需要快速移动但对精度要求较低的场景，如传送带、自动化分拣。

4. 基于共振频率的界定

• 低速：电机运行频率低于共振频率（通常在100-200 Hz之间）。
• 高速：电机运行频率高于共振频率。

5. 基于驱动器性能的界定

• 低速：驱动器能够提供足够电流，电机运行平稳。
• 高速：驱动器可能因电流切换频率限制，导致扭矩下降或失步。

总结

• 低速：通常指电机运行频率低于1000步/秒或转速低于300-500 RPM，扭矩接近最大值。
• 高速：通常指电机运行频率高于1000步/秒或转速高于300-500 RPM，扭矩随转速增加而下降。

具体界定需结合电机参数、驱动器性能和应用需求。

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