스테퍼 모터 가속 및 감속 제어

스테퍼 모터작동 원리
일반적으로 모터의 회전자는 영구 자석입니다. 전류가 고정자 권선을 통해 흐르면 고정자 권선은 벡터 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 회전자를 특정 각도만큼 회전시켜 회전자의 한 쌍의 자기장의 방향이 고정자 자기장의 방향과 일치하도록 합니다. 고정자의 벡터 자기장이 특정 각도만큼 회전하면,

스테퍼 모터는 유도 전동기의 일종으로, 작동 원리는 전자 회로를 사용하여 직류를 시분할 전원 공급 장치로 변환하고, 다상 타이밍 제어 전류를 공급합니다. 이 전류를 스테퍼 모터 전원 공급 장치에 사용하면 스테퍼 모터가 제대로 작동할 수 있습니다. 드라이버는 스테퍼 모터 시분할 전원 공급 장치, 다상 타이밍 컨트롤러용입니다.

각 입력에 전기 펄스가 입력되면 모터는 한 단계 앞으로 회전합니다. 출력 각도 변위는 입력 펄스 수에 비례하고, 속도는 펄스 주파수에 비례합니다. 권선의 전원 공급 순서를 변경하면 모터가 역회전합니다. 따라서 모터 권선의 각 위상에 대한 펄스 수, 주파수, 전원 공급 순서를 제어하여 스테퍼 모터의 회전을 제어할 수 있습니다.

일반 스테퍼 모터의 정확도는 스테핑 각도의 3~5%이며 누적되지 않습니다.

스테퍼 모터의 토크는 속도가 증가함에 따라 감소합니다. 스테퍼 모터가 회전함에 따라 모터 권선의 각 상의 인덕턴스는 역전위를 형성합니다. 주파수가 높을수록 역전위는 커집니다. 이러한 작용으로 모터의 주파수(또는 속도)는 증가하고 상전류는 감소하여 토크가 감소합니다.

스테퍼 모터는 저속에서는 정상적으로 작동할 수 있지만, 특정 속도 이상으로 올라가면 시동이 걸리지 않고 휘파람 소리가 납니다.

스테퍼 모터에는 무부하 시동 주파수라는 기술적 매개변수가 있습니다. 즉, 스테퍼 모터는 무부하 펄스 주파수의 경우 정상적으로 시동될 수 있습니다. 펄스 주파수가 값보다 높으면 모터는 정상적으로 시동될 수 없으며 탈선이나 차단이 발생할 수 있습니다.

부하의 경우, 시동 주파수는 낮아야 합니다. 모터가 고속 회전을 달성하려면 펄스 주파수가 가속 과정을 거쳐야 합니다. 즉, 시동 주파수를 낮춘 후, 특정 가속도에서 원하는 고주파수(모터 속도가 저속에서 고속으로)까지 상승해야 합니다.

왜?스테퍼 모터속도 감소로 제어해야 함
스테퍼 모터의 속도는 펄스 주파수, 로터 톱니 수, 그리고 비트 수에 따라 달라집니다. 각속도는 펄스 주파수에 비례하며 펄스와 시간적으로 동기화됩니다. 따라서 로터 톱니 수와 회전 비트 수가 일정하다면 펄스 주파수를 제어하여 원하는 속도를 얻을 수 있습니다. 스테퍼 모터는 동기 토크로 기동하기 때문에 스텝 손실을 방지하기 위해 기동 주파수가 높지 않습니다. 특히 출력이 증가함에 따라 로터 직경이 커지고 관성이 증가하여 기동 주파수와 최대 운전 주파수가 최대 10배까지 차이가 ​​날 수 있습니다.

스테퍼 모터의 시동 주파수 특성은 스테퍼 모터가 시동 시 동작 주파수에 직접 도달하지 않고, 저속에서 서서히 동작 속도까지 상승하는 시동 과정을 거치도록 설계되었습니다. 정지 시에는 동작 주파수가 즉시 0으로 떨어지지 않고, 고속에서 점진적으로 0으로 감소하는 과정을 거치도록 설계되었습니다.

따라서 스테퍼 모터의 동작은 일반적으로 가속, 등속, 감속의 세 단계를 거쳐야 하며, 가속 및 감속 과정은 최대한 짧게, 정속 시간은 최대한 길게 유지해야 합니다. 특히 빠른 응답이 요구되는 작업에서는 시작점에서 끝까지 걸리는 시간이 가장 짧아야 하므로, 가속 및 감속 과정을 최대한 짧게, 정속 시 최고 속도를 유지해야 합니다.

가감속 알고리즘은 모션 제어의 핵심 기술 중 하나이며, 고속 및 고효율을 달성하는 핵심 요소 중 하나입니다. 산업 제어에서는 한편으로는 처리 과정이 부드럽고 안정적이며 유연성에 미치는 영향이 적어야 하지만, 다른 한편으로는 빠른 응답 시간과 신속한 반응이 요구됩니다. 제어 정확도를 확보하여 처리 효율을 높이고 부드럽고 안정적인 기계 동작을 달성하는 것은 현재 산업 제어의 핵심 과제입니다. 현재 모션 제어 시스템에서 일반적으로 사용되는 가감속 알고리즘은 주로 사다리꼴 곡선 가감속, 지수 곡선 가감속, S자 곡선 가감속, 포물선 곡선 가감속 등을 포함합니다.

사다리꼴 곡선 가속 및 감속
정의 : 시작속도에서 목표속도까지 일정한 비율로 선형적으로 가속/감속하는 것(가속/감속)

계산식: v(t)=Vo+at

장단점: 사다리꼴 곡선은 알고리즘이 간단하고, 시간이 덜 소요되며, 응답 속도가 빠르고, 효율이 높으며, 구현이 쉬운 것이 특징입니다. 그러나 등가속 및 감속 단계가 스테퍼 모터의 속도 변화 법칙을 따르지 않으며, 가변 속도와 등속 속도 사이의 전환점이 매끄럽지 않습니다. 따라서 이 알고리즘은 주로 가감속 과정에 대한 요구 사항이 높지 않은 응용 분야에 사용됩니다.

지수 곡선 가속 및 감속
정의: 지수 함수에 의한 가속과 감속을 의미합니다.

가속 및 감속 제어 평가 지표：
1. 기계의 궤적 및 위치 오차는 가능한 한 작아야 한다

2. 기계 동작 과정이 부드럽고 지터가 작으며 응답이 빠릅니다.

3, 가속 및 감속 알고리즘은 가능한 한 간단하고 구현하기 쉬우며 실시간 제어 요구 사항을 충족할 수 있어야 합니다.

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창저우 빅테크 모터 테크놀로지(주)는 모터 연구 개발, 모터 응용 분야 종합 솔루션, 그리고 모터 제품의 가공 및 생산에 중점을 둔 전문 연구 생산 기업입니다. 2011년부터 마이크로 모터 및 액세서리 제조를 전문으로 해 왔습니다. 주요 제품으로는 소형 스테퍼 모터, 기어 모터, 기어드 모터, 수중 추진기, 모터 드라이버 및 컨트롤러가 있습니다.

저희 팀은 마이크로 모터 설계, 개발 및 제조 분야에서 20년 이상의 경험을 보유하고 있으며, 고객의 특별한 요구에 맞춰 제품을 개발하고 설계를 지원할 수 있습니다! 현재 미국, 영국, 한국, 독일, 캐나다, 스페인 등 아시아, 북미, 유럽 등 수백 개국의 고객에게 제품을 공급하고 있습니다. "정직과 신뢰성, 품질 중심"이라는 경영 철학과 "고객 최우선"이라는 가치 기준을 바탕으로 성과 중심의 혁신, 협업, 효율적인 기업 정신을 바탕으로 "구축과 공유"라는 핵심 가치를 확립하고, 궁극적으로 고객에게 최대의 가치를 창출하는 것을 목표로 합니다.