步進(jìn)電機(jī)是一種直接將電脈沖轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)電裝置，通過(guò)控制施加在電機(jī)線(xiàn)圈上的電脈沖順序、 頻率和數(shù)量， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、 速度和旋轉(zhuǎn)角度的控制。在不借助帶位置感應(yīng)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的情況下、 使用步進(jìn)電機(jī)與其配套的驅(qū)動(dòng)器共同組成的控制簡(jiǎn)便、 低成本的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)， 就可以實(shí)現(xiàn)精確的位置和速度控制。

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子技術(shù)和精密制造技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，而步進(jìn)電機(jī)與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組合成減速齒輪箱，也在越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)景中看到，今天小維和大家一起來(lái)了解一下這一類(lèi)的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

步進(jìn)電機(jī)如何減速？

步進(jìn)電機(jī)作為一種常用、應(yīng)用廣泛的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通常會(huì)搭配減速設(shè)備一起使用，以達(dá)到理想傳動(dòng)效果；而步進(jìn)電機(jī)常用的減速設(shè)備和方法，有如減速齒輪箱、編碼器、控制器、脈沖信號(hào)等。

脈沖信號(hào)減速：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速度，是根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)的變化來(lái)改變的。從理論上講，給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角(細(xì)分時(shí)為一個(gè)細(xì)分步距角)。實(shí)際上，如果脈沖信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于內(nèi)部的反向電動(dòng)勢(shì)的阻尼作用，轉(zhuǎn)子與定子之間的磁反應(yīng)將跟隨不上電信號(hào)的變化，將導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)和丟步。

減速齒輪箱減速：步進(jìn)電機(jī)搭載減速齒輪箱一起使用，步進(jìn)電機(jī)輸出高速、低扭矩轉(zhuǎn)速，連接減速齒輪箱，齒輪箱內(nèi)部減速齒輪組嚙合傳動(dòng)形成的減速比，將步進(jìn)電機(jī)輸出的高速降低，而且提升傳動(dòng)扭矩，達(dá)到理想傳動(dòng)效果；減速效果取決于齒輪箱的減速傳動(dòng)比，減速比越大，輸出轉(zhuǎn)速越小，反之亦然。

曲線(xiàn)指數(shù)控制速度：指數(shù)曲線(xiàn)，在軟件編程中，先算好時(shí)間常數(shù)存貯在計(jì)算機(jī)存貯器內(nèi)，工作時(shí)指向選取。通常，完成步進(jìn)電機(jī)的加減速時(shí)間為300ms以上。如果使用過(guò)于短的加減速時(shí)間，對(duì)絕大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，就會(huì)難以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)。

編碼器控制減速：PID 控制作為一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的控制方法 , 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。它根據(jù)給定值 r( t) 與實(shí)際輸出值 c(t) 構(gòu)成控制偏差e( t) , 將偏差的比例 、積分和微分通過(guò)線(xiàn)性組合構(gòu)成控制量 ,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制 。文獻(xiàn)將集成位置傳感器用于二相混合式步進(jìn)電機(jī)中 ,以位置檢測(cè)器和矢量控制為基礎(chǔ) ,設(shè)計(jì)出了一個(gè)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的 PI 速度控制器,此控制器在變工況的條件下能提供令人滿(mǎn)意的瞬態(tài)特性。文獻(xiàn)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ,設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)的PID 控制系統(tǒng) ,采用 PID 控制算法得到控制量 ,從而控制電機(jī)向指定位置運(yùn)動(dòng) 。最后 ,通過(guò)仿真驗(yàn)證了該控制具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 。采用 PID 控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、魯棒性強(qiáng) 、可靠性高等優(yōu)點(diǎn) ,但是它無(wú)法有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中的不確定信息 。

步進(jìn)電機(jī)可以配什么減速機(jī)？在步進(jìn)電機(jī)和減速機(jī)選型配套中需要注意那些因素要點(diǎn)，以及可以選擇什么樣的減速機(jī)一起使用？

1.步進(jìn)電機(jī)配減速機(jī)的原因

步進(jìn)電機(jī)切換定子相電流的頻率，如改變步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入脈沖，使其變成低速運(yùn)動(dòng)。低速步進(jìn)電機(jī)在等待步進(jìn)指令時(shí)，轉(zhuǎn)子處于停止?fàn)顟B(tài)，在低速步進(jìn)時(shí)，速度波動(dòng)會(huì)很大，此時(shí)如改為高速運(yùn)行，就能解決速度波動(dòng)問(wèn)題，但轉(zhuǎn)矩又會(huì)不足。即低速會(huì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，而高速又會(huì)轉(zhuǎn)矩不足，需要使用減速器。

2.步進(jìn)電機(jī)常配減速機(jī)有哪些

減速機(jī)是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用作原動(dòng)件與工作機(jī)之間的減速傳動(dòng)裝置，在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用；減速機(jī)的種類(lèi)繁多，按照傳動(dòng)類(lèi)型可分為齒輪減速機(jī)、蝸桿減速機(jī)和行星齒輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)不同可分為單級(jí)和多級(jí)減速機(jī)；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速機(jī)、圓錐齒輪減速機(jī)和圓錐－圓柱齒輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開(kāi)式減速機(jī)、分流式減速機(jī)和同軸式減速機(jī)。步進(jìn)電機(jī)裝配的減速機(jī)有行星減速機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)、平行齒輪減速機(jī)、絲桿齒輪減速機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)行星減速機(jī)精度怎么樣？

減速機(jī)精度也稱(chēng)為回程間隙，將輸出端固定，輸入端順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使輸出端產(chǎn)生額定扭矩+-2%扭矩時(shí)，減速機(jī)輸入端有一個(gè)微小的角位移，此角位移即為回程間隙。單位是“弧分”，即一度的六十分之一。通常的回程間隙值均指減速機(jī)的輸出端。步進(jìn)電機(jī)行星減速機(jī)具有高剛性、高精度（單級(jí)可做到1分以?xún)?nèi)）、高傳動(dòng)效率(單級(jí)在97%-98%)、高的扭矩/體積比、免維護(hù)等特點(diǎn)。

步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)精度是不能調(diào)節(jié)的，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行角度完全由步長(zhǎng)與脈沖數(shù)來(lái)確定，而脈沖數(shù)是可以完整的計(jì)數(shù)，數(shù)字量是不存在精度這個(gè)概念的，一步就是一步，二步就是二步。目前能優(yōu)化的精度是行星減速機(jī)齒輪箱的齒輪回程間隙精度：

1.主軸精度調(diào)整方法：行星減速機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)精度的調(diào)節(jié)，如果主軸本身的加工誤差滿(mǎn)足要求，那么減速器主軸的旋轉(zhuǎn)精度一般由軸承決定。調(diào)節(jié)主軸旋轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵在于調(diào)節(jié)軸承間隙。維持一個(gè)合適的軸承間隙對(duì)主軸部件的性能和軸承壽命至關(guān)重要。對(duì)滾動(dòng)軸承而言，有較大間隙時(shí)，不僅會(huì)使載荷集中作用于處于受力方向的滾動(dòng)體上，而且會(huì)在軸承內(nèi)外圈滾道接觸處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，縮短軸承壽命，還會(huì)使主軸中心線(xiàn)發(fā)生漂移，易造成主軸部件振動(dòng)。所以，滾動(dòng)軸承的調(diào)節(jié)必須預(yù)先加載，使軸承內(nèi)部產(chǎn)生一定的過(guò)盈量，從而在滾動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道接觸處產(chǎn)生一定的彈性變形，從而提高軸承的剛度。

2.調(diào)整間隙法：行星減速機(jī)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦，引起零件之間的尺寸、形狀和表面質(zhì)量的變化，并產(chǎn)生磨損，使零件之間的間隙配合增大，此時(shí)我們需對(duì)其進(jìn)行合理范圍的調(diào)整，以保證零件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。

3.誤差補(bǔ)償法：把零件自身誤差通過(guò)恰當(dāng)?shù)难b配，使其在磨合期間相互抵消的現(xiàn)象，以保證設(shè)備運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性。

4.綜合補(bǔ)償法：用減速機(jī)自身安裝的工具來(lái)使加工已經(jīng)轉(zhuǎn)配調(diào)整正確無(wú)誤的工作臺(tái)面，以消除各項(xiàng)精度誤差的綜合結(jié)果。