為什麼步進電機不用於閉環系統和PID控制中？

題:

user124757

2018-04-15 23:16:19 UTC

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我知道步進電機通常在開環系統中運行。我很好奇為什麼它們通常不屬於閉環系統？為什麼步進電機不常用PID控制方法？

使用帶閉環/ PID的步進器有什麼好處？

您絕對可以在閉環中使用步進器。描繪一個步進電機設計，該設計將光電探測器指向移動點光源。

您可以使用閉環，儘管我不確定PID是否適合它。例如，您可以進行反向通道分析以檢測步進器遺漏的步驟：例如，查看針對應用程序的TMC2130步進器驅動器數據表。

我相信，由於設計者比較懶惰，經常使用步進電機而沒有反饋（開環）。一個好的設計師是懶惰的，沒有做多餘的事情。如果不需要反饋，請保持開環。（懶惰是降低成本的一種方法）。

四答案:

Olin Lathrop

2018-04-15 23:25:57 UTC

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步進電機的要點是可以得到離散的步進。但是，與相同轉矩的連續電動機相比，成本更大，效率更低。步進電機的上限速度也較低。

當可以對系統進行開環控制時，離散步驟的優點可能勝過各種缺點。如果您要提供反饋並無論如何都要閉環，那麼步進電機會讓您兩全其美。您也可以使用帶反饋的位置編碼器，或帶位置反饋的電動機（例如帶有霍爾傳感器的無刷直流電）。

已添加

正如德米特里（Dmitry）在評論中指出的那樣，圍繞某些事物的控制迴路只能以離散的步長進行調整，因此很容易導致振盪。如果有未衰減的I響應，系統將在與確切答案相鄰的兩個步驟之間不斷地抖動。如果離散步驟是機械步驟，則可能導致更高的功率消耗，零件磨損以及不良的用戶體驗。

此外，具有較大I因子的PID控制器將在步進器的兩個相鄰位置之間無限地振盪。

@Dmitry:好點了。我已將其添加到答案中。

jpa

2018-04-16 10:40:32 UTC

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實際上並不是特別罕見。在工業系統中，帶有編碼器反饋的步進電機相對較常見。對於業餘愛好者，例如 Mechaduino項目。

在步進電機上使用反饋有很多好處：

過載時不會失去位置。
可以處理更高的扭矩負載，因為反饋可使磁力保持最佳對齊狀態。在開環步進控制中，最大轉矩磁對準將在轉子比磁場落後1步時進行。但是，如果轉子後退超過1步，則扭矩開始減小，然後迅速後退4步並失去步長。
電動機運行溫度較低，因為反饋會根據負載調整控制電流。

與開環步進系統相比，唯一的缺點是價格。但是，真正的競爭對手是閉環BLDC電機，它比閉環步進電機具有優勢：

這是在工業項目中BLDC電機在閉環系統中變得越來越普遍的原因。但是對於業餘愛好者來說，高扭矩的步進電動機通常比具有類似扭矩的BLDC便宜，而且從機械上講，它是普通步進電動機的輕鬆升級。

@jpaugh Mechaduino是步進電機+閉環控制，確實使它成為伺服電機。但是所使用的電機與沒有反饋的步進電機相同。

pjc50

2018-04-16 02:00:58 UTC

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假設您沒有錯過任何一步，那麼步進電機應該為您提供確定性的運動。您可以向前運行N個步，向後運行N個步，它將在同一位置。這是因為步驟是離散的。

如果卡紙或嘗試將其驅動得過快，則會出現問題。許多系統都有通過限位開關復位到已知狀態的簡單方法。例如軟盤驅動器具有“ track 0”傳感器；插入計算機時，計算機將前後驅動磁頭，直到找到音軌0。

錯誤的另一個來源可能是過衝。例如降低/停止（相對）較高慣性的負載。

Chris H

2018-04-16 13:14:26 UTC

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我使用的系統可以通過微步進步進電機實現極其精確的旋轉位置和速率，然後單向驅動蝸輪。該系統的關鍵是包裹在旋轉部件周圍的線性編碼器，使您可以閉環運行。這是在光譜儀中放置衍射光柵。

某些電動顯微鏡載物台還使用靠近樣本的線性編碼器。在此應用中，負載或其槓桿可能會發生足夠大的變化，從而使機構變形或其遊隙發生變化，這意味著從參考開關開始的計數步數不再提供準確的位置。這可能會或可能不會用於閉環配置（即我們可能只想將位置顯示為亞微米精度，或者我們可能希望以這種步驟移動樣品）

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