步进电机伺服化，全闭环控制，大家看看这个玩意儿怎么样，高手进！

HR-1983

淘宝上见到的：


说明摘要：

②：本控制器既可接增量编码器构成半闭环控制,又可接光栅尺构成全闭环控制,精度高过伺服系统,免除了丝杆,导轨和机械的误差,定位精度能可靠的控制在正负0.001mm.
      也可以把旋转编码器接在减速机或分度头的输出轴端, 构成免去机械齿轮的误差和回差的超高精度的全闭环旋转角度定位装置, 比如精密电控分度头和五轴CNC系统的旋转轴.可以达到0.001度的角度定位精度.

③：用了本控制器的步进系统不用再担心步进电机会失步造成机器的不安全，可以最大限度的挖掘步进电机的潜力, 不必为防止失步而留有很大的力矩和速度的裕留量。
      本控制器能适应所有的二相、三相、五相步进系统，现有的电机和电机驱动器都可以应用和匹配，不必更换。并且上电时能纠正电机不是停在整步位置造成的偏位.
④：本控制器借鉴了伺服系统的控制原理，能即时的对运转中或静止时的步进电机的失步和误差进行高速补偿和位置较准.......
⑤：本控制器也能接伺服电机系统配合光栅构成直线全闭环,或者接伺服电机系统配合输出轴接旋转编码器构成旋转轴全闭环, 获得比较好的全闭环效果.

看起来挺完美，缺点是什么呢？蓝色字是否就是缺点所在？有懂的高手吗:em26: 讨论下。










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上不了图，给个链接 感兴趣的朋友打开看看
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21楼【 fastarrow 】观点：系统初设计时，力矩非常关键，基本的机械驱动要求。这个不满足，电气上的弥补是非常有限的
说的好，非常赞成！:em26:

先不讨论步进电机失步的问题。假设不失步。单说丝杆方面。
我们知道不管C7 C5 C3 他都有一定的误差。只不过等级越高，误差越小。
现在假设光栅尺的分辨率是0.01。而我们的机械分辨率是0.005 也就是小于光栅尺的分辨率。
现在，我们与光栅尺组成全闭环控制。
问：是否这时丝杆的精度已经变得不重要，此时丝杆仅仅沦为一种传动工具！而精度最终是以光栅尺为基准，并且是准确的？
问：机械分辨率大于光栅尺分辨率，机器定位的时候会抽筋吗？系统会怎么样？
新手问题:em00:

.

[ 本帖最后由 HR-1983 于 2012-1-2 00:43 编辑 ]

跨越彩虹

貌似好东西哎，真在研究，暂时不能发表评论

godson

不懂，帮顶

大白兔

做不到上面说的，实际开发者说过旋转编码器用到400线就顶天了，超过400根本处理不了

跟光栅尺的耦合一直没做好

就这些怎么做到0.001度？

flosc1

       步进电机本身就是数字量的执行设备,在其额定扭矩范围内的转动是无需编码器参与形成闭环的.
当超过额定扭矩时才就会失步.这类闭环控制其就是通过编码器判断是否出现失步的情况,当出现
失步时另外补充脉冲信号.不过如果此时的工作状况仍然超过步进电机扭矩时,补充的脉冲也是不
可能被执行的.一般过扭矩都是发生在加速和减速阶段,或者cnc受到过负载时候.步进电机本身是
无法克服这种过扭矩情况的.那么加载编码器形成闭环的过程中,加减速加速度必然必然比原来的
要小,这样实际过程其扭矩才能在步进电机的额定范围内.所以,当步进电机出现失步时,就是有编码
器反馈,其实际工作轨迹也是变化的,反映到雕刻机实际路径上就是和设计不严格重合的,这种不重合
度和实际工作情况的超扭矩情况的程度成正比.
       个人认为单步进闭环控制器适合低载荷,对累计误差要求高的应用情况,比如贴片机,自动化生产
线输送线的多点同步等.对cnc并不合适.因为我们diy雕刻机,性价比是首先要考虑的事情.而一般购买
的步进电机和驱动器的实际性能有参差不齐,大部分实际性能并不高.很多二手日本电机和驱动器,其设计
工作转速就在400-600转.超过此转速扭矩下降将非常严重.在闭环控制器不能明显提升驱动器和电机
性的情况下,我觉得合理考虑加大步进系统本身扭矩而减少或者避免过扭矩情况的发生是更有性价比的
方案.
       当然目前市场上能买到的二手现成闭环步进,我觉得和这种情况又不同了.目前最多的是东方aplha
系列闭环步进.我觉得这种和diy级别的单闭环控制器+不同驱动器和电机组成的步进闭环最大的不同就
在于其步进电机和驱动器的技术.这种步进本身设计工作转速就很高,有的能达到3000转/分.这种驱动技
术本身就伺服话的情况用闭环更能体现出其价值,当然这种闭环是成套的,想不用闭环都不可能.有网友
用普通2相驱动器驱动东方alpha的步进电机,其步距角居然是10度的.不过和配套驱动器驱动后,其最小分
辨率可以到0.036度.人家用的技术咱就不懂了,不过可以肯定,和我们通常用的2相技术肯定不同.
       我想diy要想实际提高性能,闭环控制器当然是必然走的一步,不过对于diy雕刻机来说,国内同人,能在
步进控制上做出性能提升更给重要.驱动器性能的羸弱,再好的单闭环控制器对实际的性能提升依然有限.
现在一套单闭环控制器+编码器新的我想怎么也要300出头了,还需要改装步进电机.这个经历和花费,我想
买个好点的驱动器,或者把电机升级下,57到60或者86可能性价比更高点:)
       以上都是个人观点,如有不对的请各位包涵:em15:

cslzgts

楼上能否说简单点，好长哦。
有些概念我不是很认同，但我觉得步进+编码器+专用控制器，是能解决步进的闭环工作中的丢步，失步等问题，在新手设计的机器中尤为突出（我的第一台机器就这样），专用控制器的市场并不明朗，高够不到伺服的精度，低不能与普通控制器好多少，只有看各人需要定了。

flosc1

原帖由 cslzgts 于 2011-12-31 12:30 发表
楼上能否说简单点，好长哦。
有些概念我不是很认同，但我觉得步进+编码器+专用控制器，是能解决步进的闭环工作中的丢步，失步等问题，在新手设计的机器中尤为突出（我的第一台机器就这样），专用控制器的市场并不明 ...

       步进闭环并不能解决步进电机的性能的瓶颈,对于只需定位的环境,这种闭环步进可能是个相对有性价比的方案,
能保证其停在准确的位置上就可以了,至于从一点到另一点是怎么过来的不用关心.这种情况步进闭环还能胜任.
不过cnc或者雕刻机是需要精确控制轨迹的应用,当编码器起作用时,肯定就是有失步的情况发生,闭环干预是不可能
做到同步的,一是有时间延时,二是如果按原来的轨迹运行,可定是超扭矩了,在驱动器不变的情况下,那就不可能按原来
轨迹运行,有编码器闭环也不可能.此时的编码器作用下,轨迹应该是沿着另外一条相对加速度低的线路运行.
        如果扭矩超的不大,那编码器闭环干预后的轨迹和原始轨迹可能差别不大,如果扭矩差的较多,那实际走出来的轨迹和数控编成
的实际轨迹将相差很大.这种情况有点类似于mach3里的精确定位选项,在直角处会出现圆弧有点类似.
       说道新手,我想大家都是从二手步进开始的,二手的东西好处就是便宜.一套57或者60的步进也就200左右吧,上300的我想86也能拿下来了.
可惜现在diy级别的这种闭环控制器对于diy来说成本高了不少.一个闭环控制器+一个编码器都将近400了,还要+上步进和驱动器,改装的费用
不提.我想这种并不合适cnc,特别是初入们的,毕竟有朋友不是说650他都可以买套400w伺服了吗(虽然我没见过,不过这个价格200w的还是有
可能的) 我接触过的最好的步进驱动器输出功率也没有超过500W的(220V110或者130的没用过,不过那种价格也不低)!
      当然不是说这种diy的闭环控制器不好,他有他的适用范围,论坛有朋友早就做出来了,市场反应也不错.不过我还是觉得用在雕刻机进给轴上
性价比太低.我觉得用步进的话还是多花心思在合理选择步进系统,避免其失步最好.我想一套50kg以内的雕刻机,你用86步进+滚珠丝杆的话,装配
不出问题,mach3设置合理,是不会出现失步问题的.3套86我想1000足够了,但是3套闭环控制器+3套57或60步进可能要过1500了.问题是这种搭配
出来的实际效果还不如3套86的.
      总的来说究其原因还是diy的这种闭环控制器,本身并不能提上步进系统的实际性能.把有限的零花钱花在实际性能的提升上更重要,我的想法阿.

johnking

精度还是和成本成正比的，大家DIY量力而行。如果真是3套1500还不如去折腾二手的伺服电机了。

风之魅影

从理论上讲，这个方案可行。我曾经设想用单片机存储电脑输出的脉冲并分配给步进电机。光栅尺检测移动量，将信号反馈给单片机，由单片机输出丢步补偿脉冲。但是苦于本人单片机知识水平有限而作罢。并且不能做到与电脑输出脉冲同步。
另外还有就是步进电机的步距大于调整范围，势必引起超调量过高的现象，可能会造成系统的不稳定。

scottmaxwell

认同 flosc1的说法
没有说的那样好   闭环最多解决丢步  步进电机的特性放在哪里    还有高分辨率的编码器不便宜的
0.001mm 光栅至少  精度0.0002mm
还有如果那样用的话,个人认为 使用直流电机替换步进电机反 而性能更好

[ 本帖最后由 scottmaxwell 于 2011-12-31 16:25 编辑 ]

flosc1

原帖由 scottmaxwell 于 2011-12-31 16:11 发表
认同 flosc1的说法
没有说的那样好   闭环最多解决丢步  步进电机的特性放在哪里    还有高分辨率的编码器不便宜的
0.001mm 光栅至少  精度0.0002mm
还有如果那样用的话,个人认为 使用直流电机替换步进电机反 而性 ...

确实,步进的步距角也放在那了,就是5相步进真正能到的精度也就是半步,那就是没转1000份,那400到500
的编码器足够了,再高也没有啥用,毕竟编码器此时是无法提高步进系统的精度的.

又见叶工

这才是真正工业用伺服化步进电机
自带驱动器和磁性编码器，50000线
厂家有非常详细的资料

这种步进电机单轴精度非常高，但是！三轴都是这样的电机的话，能联动吗？厂家有一块专门的网络卡，协调三轴自我精度控制而产生的联动运动。

DIY的，如何解决三轴精度自我调节后的联动问题？

又见叶工

步进伺服化，最合适做单轴，高精度。

flosc1

原帖由 又见叶工 于 2011-12-31 17:33 发表
步进伺服化，最合适做单轴，高精度。

你这几套不是出了吗,老实说看过参数了,感觉和东方的alpha系列闭环比还是差点.

林大夫

手里有3套某人的闭环步进，一直也没时间试试:em15:

laosu

老问题 新帖子
步进电机固有的外特性不能解决的话，系统补偿没意义。
多轴插补更不可能实现
个人看法。

cooooldog

如果改进下，利用交流伺服的反馈原理，给步进反馈控制部分加个步进的供电部分的电压控制，

刚开始丢步时，对步进驱动增加50%的供电电压，不超过三秒，以防止驱动热烧坏，加电压后步进提速应该可以追上丢的脉冲。

如果超过三秒都追不上，就关闭步进输出，提示过载，

又见叶工

原帖由 flosc1 于 2011-12-31 17:54 发表

你这几套不是出了吗,老实说看过参数了,感觉和东方的alpha系列闭环比还是差点.

日本伺服公司的步进与东方步进的区别（有区别）
编码器线数的区别（50000线）
还有是否内置驱动器的区别（能电脑软件编程控制）

东方的alpha系列闭环的编码器多少线？自带驱动器没？有扭矩转速曲线图没？学习下。

林大夫

就怕你是用个破电脑，加个并口的mach3，就不是丢步的问题了，来的脉冲都是不全的:em15:

flosc1

这种内置驱动器的步进一般电压都不会太高,没记错好像也就是24V的,最高也就到48V,东方alpha供电的是最低110VAC的,其高速性能要好不少.
当然东方也有这种集成驱动器的闭环步进,相对东方自己的比,也是驱动器分立的这种高速性能好不少.东方的这套系列编码器都是用的电磁式的,
具体分辨率差不多,不过应该不会太高,不过步进系统也很难达到多高的步距角.毕竟是步进,这点没法强求.我觉得电磁式的编码器还有个好处就是
耐操,想比光电编码器,其耐冲击和极限转速一般都比光电的要高不少,特别是耐冲击性能.就和欧美伺服用的旋转变压器差不多.不过这种现成的东西
我们能找到的都是二手货,有的用就不错了,太讲究也没啥太大意义,不过实际使用效果肯定是不错的,这种二手货有时候比伺服便宜不少,1500转以内
效果不比伺服差,当然也是相对伺服的,比普通步进还是高点,所以我建议没太多噱头的话多花点精力在挑选合适的步进系统上更有价值,步进闭环
能碰到合适价格的就下手吧,没有还是用普通步进就行了.