步进电机加减速过程控制技术

由于步进电机的广泛应用，对步进电机控制的研究越来越多。如果步进脉冲在启动或加速过程中变化过快，由于惯性，转子无法跟随电信号的变化，在停止或减速时可能会因相同原因导致阻塞或失步。为了防止阻塞、失步和超步，提高工作频率，步进电机应控制升降速度。

步进电机的速度取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，并在时间上与脉冲同步。因此，在转子齿数和运行拍数的情况下，只要控制脉冲频率，就可以获得所需的速度。由于步进电机是在其同步扭矩的帮助下启动的，因此启动频率不高，以避免失步。特别是随着功率的增加，转子直径和惯性的增加，启动频率可能与最大运行频率相差十倍。

步进电机的启动频率特性使步进电机在启动时无法直接达到运行频率，但应有一个启动过程，即从低速逐渐升速到运行速度。停止时，运行频率不应立即降至零，而应有一个高速逐渐降至零的过程。

步进电机的输出扭矩随着脉冲频率的增加而下降。启动频率越高，启动扭矩越小，驱动负载的能力越差，启动时会导致失步，停止时会发生过冲。为了使步进电机快速达到所需的速度而不失步或过冲，关键是在加速过程中，加速度所需的扭矩不仅可以充分利用每个运行频率，而且不能超过这个扭矩。因此，步进电机的运行一般需要经过三个阶段：加速、匀速和减速，要求加速和减速时间尽可能短，恒速时间尽可能长。特别是在需要快速响应的工作中，从起点到终点的运行时间要求最短，这就需要加速，减速过程最短，恒速时速度最高。

国内外科技工作者对步进电机的速度控制技术进行了大量的研究，建立了指数模型、线性模型等多种加减速控制数学模型，并在此基础上设计开发了多种控制电路，提高了步进电机的运动特性，推广了步进电机的应用范围。指数加减速考虑了步进电机固有的矩频特性，既能保证步进电机在运动中不失步，又充分发挥了电机的固有特性，缩短了升降速度时间。但由于电机负载的变化，线性加减速仅考虑电机在负载能力范围内的角速度与脉冲成正比，不因电源电压和负载环境的波动而发生变化。这种加速方法的加速度是恒定的，其缺点是步进电机的输出扭矩随速度的变化而变化，步进电机在高速时会失步。

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