步進(jìn)電機(jī)是3D打印機(jī)中主要的驅(qū)動(dòng)部件，步進(jìn)電機(jī)的性能直接會(huì)影響到打印機(jī)的性能和最終打印出來(lái)物品的品質(zhì)。
傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器都會(huì)存在噪音比較大，很不適合桌面型設(shè)備的用戶體驗(yàn)感，另外一個(gè)問(wèn)題就是常規(guī)的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器會(huì)存在抖動(dòng)問(wèn)題 特別是在低速情況下，抖動(dòng)通過(guò)同步帶反應(yīng)到最終打印的質(zhì)量上會(huì)出現(xiàn)斷層現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定性與運(yùn)行精度直接影響到3D打印機(jī)的性能。
常規(guī)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)都無(wú)法解決噪音和抖動(dòng)問(wèn)題
分析原因如下
步進(jìn)電機(jī)的震動(dòng)主要來(lái)自兩個(gè)方面一是步進(jìn)電機(jī)的步距分辨率(步距階躍)另一方面是來(lái)自斬波和脈寬調(diào)制(PWM)的不良模式反應(yīng).
當(dāng)然步進(jìn)電機(jī)的步距角和細(xì)分會(huì)影響到電機(jī)的震動(dòng)，但是本文中我們不談細(xì)分和電機(jī)步距角的因素，因?yàn)檫@兩個(gè)因素?zé)o法徹底解決步進(jìn)電機(jī)的震動(dòng)，只是改善。
斬波和PWM模式
噪音和振動(dòng)的另外一個(gè)來(lái)源是傳統(tǒng)的斬波方式和脈寬調(diào)制(PWM)模式,由于比較粗的步距分辨率是產(chǎn)生振動(dòng)和噪音的主要因素,我們通常忽視了斬波和PWM帶來(lái)的問(wèn)題.
傳統(tǒng)的恒定PWM斬波模式是電流控制的PWM斬波模式,該模式在快速衰減和慢速衰減之間有個(gè)固定關(guān)系,在其最大數(shù)值的時(shí)候,電流才會(huì)達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)電流,最終導(dǎo)致平均電流是小于預(yù)期目標(biāo)電流的,如圖7所示
在一個(gè)完整的電周期內(nèi),電流方向改變時(shí) 在正弦波過(guò)零處有個(gè)平穩(wěn)過(guò)渡期,這個(gè)會(huì)影響在很短的過(guò)渡期內(nèi)線圈里面的電流為零,也就是電機(jī)此時(shí)根本就沒(méi)有力矩,這就導(dǎo)致了電機(jī)擺動(dòng)和振動(dòng),尤其是在低速情況下.
相比恒定的斬波模式,TRINAMIC的SpreadCycle PWM斬波模式在慢速和快速衰減器之間自動(dòng)配置一個(gè)磁滯衰減功能.平均電流反應(yīng)了配置的正常電流,在正弦的過(guò)零點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)渡期,這就減少電流和力矩的波動(dòng),是電流波形更加接近正弦波,相比傳統(tǒng)恒定斬波模式,SpreadCycle PWM斬波模式控制下的電機(jī)運(yùn)行得要平穩(wěn)、平滑很多.
這一點(diǎn)在電機(jī)從靜止或低速到中速過(guò)程中非常重要.
傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案在電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)候都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電流過(guò)度，或者叫電流死區(qū)，此時(shí)電機(jī)線圈是沒(méi)有電流的。這是導(dǎo)致電機(jī)震動(dòng)的一個(gè)主要因素。
Trinamic是嵌入式電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。主要產(chǎn)品包括專用運(yùn)動(dòng)控制集成芯片，智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和嵌入式微系統(tǒng)。 Trinamic的工程師擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，擅長(zhǎng)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，致力于為3D打印，桌面制造，醫(yī)療設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化和監(jiān)控?cái)z像頭等領(lǐng)域設(shè)計(jì)解決方案。gao@trinamic.cn trinamic開發(fā)出了一項(xiàng)專利技術(shù)spreadcycle保證步進(jìn)電機(jī)在過(guò)零點(diǎn)時(shí)平滑過(guò)渡沒(méi)有死區(qū)電流，使用其TMC2100，TMC2130，TMC2208幾款步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片幾乎沒(méi)有抖動(dòng)。
StealthChop模式下過(guò)零點(diǎn)的效果是非常完美的:當(dāng)電流的信號(hào)從正變?yōu)樨?fù)或者負(fù)變?yōu)檎?不會(huì)有過(guò)渡區(qū)域而是持續(xù)性的穿過(guò)零點(diǎn).因?yàn)殡娏鞯恼{(diào)制是根據(jù)PWM占空比來(lái)控制的.在50%的PWM占空比,電流是0,StealthChop調(diào)整PWM的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)電流,PWM頻率是個(gè)常數(shù),與此相反 電流控制的斬波器通過(guò)調(diào)控頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)電流,在這里 電流的波動(dòng)是比較大的,此外電流的波動(dòng)會(huì)在電機(jī)的永磁體轉(zhuǎn)子里產(chǎn)生渦流,這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的功耗損失. |
