폐쇄 루프 스테퍼 제어의 형태

2017 - 가장 인기 있는 기사 - 최고의 성능을 달성하기 위해 스테퍼 모터를 2상 브러시리스 서보 모터로 취급할 수 있습니다. 모터에 대한 전류는 표준 서보 모터와 마찬가지로 오류 신호의 함수로 제어됩니다.

작성자 | 갈릴 모션 컨트롤, Inc.

스테퍼 모터는 저렴하고 작동이 간단하며 저속에서 높은 토크를 제공하기 때문에 엔지니어링 스펙트럼 전반에 걸쳐 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 그러나 스테퍼 모터는 스텝 누락, 고속 토크 감소, 공진, 높은 전력 소비 등의 단점을 안고 있습니다. 이러한 문제를 완화하기 위해 Galil은 스테퍼 모터 주위의 루프를 닫는 세 가지 방법, 즉 끝점 수정, 폐쇄 루프 마이크로스테핑, 스테퍼 모터를 2상 브러시리스 모터로 구동하는 세 가지 방법을 제공합니다.

스테퍼 모터에는 기어 모양의 회전자 주위에 배열된 여러 개의 "톱니 모양" 전자석이 있습니다. 모터 샤프트를 회전시키기 위해 이러한 전자석은 특정 순서로 전원이 공급됩니다. 그림 1은 2상 스테퍼 모터에 대한 이 프로세스를 간략하게 보여줍니다. 각각의 특정 시퀀스는 모터의 한 단계에 해당합니다. 스테퍼 모터는 일반적으로 회전당 200단계를 갖습니다.

스테퍼 모터에는 몇 가지 단점이 있습니다. 스테퍼 모터의 첫 번째 단점은 항상 최대 전류로 작동한다는 것입니다. 이는 에너지 낭비와 과도한 열 발생으로 이어집니다. 둘째, 스테퍼 모터 작동의 기본은 개별 단계에서 위치를 변경할 때 발생하는 진동입니다. 스텝 주파수가 스테퍼 모터의 자연 진동 또는 공진 주파수와 일치하면 이러한 진동의 진폭이 증가하여 위치 손실로 이어집니다. 또한 스테퍼 모터는 모터 속도가 증가함에 따라 토크가 크게 감소합니다. 일반적인 속도-토크 곡선은 오류: 참조 소스를 찾을 수 없음에 표시됩니다. 마지막으로 위치 분해능은 회전당 단계 수에 의해 제한됩니다. 증가된 분해능이 필요한 경우 마이크로스테핑 프로세스를 통해 스테퍼를 구동할 수 있습니다.

마이크로스테핑은 모터의 모든 전체 단계가 마이크로스텝이라는 작은 단위로 분해되도록 스테퍼 모터를 구동하는 방법입니다. 마이크로스테핑은 일반적으로 전체 단계당 2~256개의 마이크로스텝을 생성합니다. 이는 회전당 200단계 모터가 이제 회전당 최대 51,200개의 마이크로스텝을 가질 수 있음을 의미합니다. 그림 3은 전체 단계당 마이크로스텝 수가 증가하면서 각 스테퍼 모터 위상을 통과하는 전류 파형을 자세히 보여줍니다.

마이크로스테핑의 실제 정확도는 외부 힘에 크게 좌우됩니다. 마이크로스테핑은 모터의 전체 단계 내에서 정확하지만, 오류가 절반 이상인 경우 위치 손실이 발생합니다. 마찰, 중력 또는 기타 힘이 두 마이크로스테핑 위치 사이의 전류의 작은 변화가 모터 위치에 영향을 미치지 않도록 충분히 클 경우 모션이 발생하지 않습니다. 그림 4는 인코더와 결합된 스테퍼 모터로 구동되는 시스템에서 실행되는 지점 간 이동의 플롯을 보여줍니다. 빨간색 선은 스테퍼 모터의 예상 위치, 보라색 선은 모터에 출력되는 스텝 펄스, 파란색 선은 인코더에서 측정한 모터 위치입니다. 검은색 선은 컨트롤러가 모션을 적극적으로 프로파일링하는 시기를 나타냅니다. 시스템의 마찰로 인해 스테퍼 모터의 최종 위치가 명령된 위치와 일치하지 않아 일부 정상 상태 오류가 발생합니다.

엔코더 피드백을 활용하여 이 위치 오류를 인식함으로써 추가 스텝 펄스를 명령하여 모터를 올바른 위치로 가져옴으로써 끝점을 조정할 수 있습니다. Galil은 이것을 스테퍼 위치 유지 모드(SPM)라고 부릅니다. SPM은 여전히 ​​마이크로스테핑 모드에서 스테퍼를 작동하지만 이제 끝점 정확도를 확인하고 조정할 수 있습니다. 이 모드는 스테퍼 모터의 명령된 위치를 이동이 완료되기 직전에 인코더에서 출력된 실제 위치와 비교하여 작동합니다. 그림 5는 현재 스테퍼 위치 유지 관리 모드에서 작동 중인 그림 4와 동일한 시스템을 보여줍니다. 이동이 끝나면 위치 오류가 인식되고 이 오류를 고려하여 기준 위치가 조정됩니다. 그런 다음 스테퍼를 올바른 위치로 가져오기 위해 오류 수정 이동이 명령됩니다. 인코더를 추가함으로써 컨트롤러는 이제 시스템에 존재하는 오류를 인식하고 수정할 수 있습니다. 이전에 마찰로 인해 정상 상태 오류가 발생했던 동일한 움직임을 이제 설명하고 수정할 수 있습니다.