作者:Thomas Hart, Testra Corporation总裁，坦佩，亚利桑那州
“软步”微步技术消除噪声和振动问题的步进电机。
步进电机仍然是在许多工业应用中使用的最常见的电机技术之一，从电子打印机和磁盘驱动器到飞机控制和许多数控和自动化应用。其中一个主要原因是采用了微步驱动器，提高了步进电机的平滑度和精度。
然而，对于许多用户，例如使用数控设备的制造商，Microstepping技术仍然可以有一些缺点。尽管微步进技术的普及，但步进电机仍然受到振动，噪音和谐振激励问题，因为它们被驱动方式。许多基于PC的控制系统和PLC没有分辨率和速度来充分利用该技术的能力。遗留系统使用了步进电机的半步控制，并且不易升级以利用。即使是当今使用Microstepping Motors的系统也可以在更高速度操作时打破工具，例如位，并且通常具有在切割弧或圆形时产生缺陷的喋喋不休的喋喋不休。
然而，随着SoftStep的开发，这些缺点在很大程度上已经被克服了。SoftStep是一种微步技术，它实际上可以消除过去存在的噪音和振动问题。与SoftStep，一个步进电机驱动器正在接近平滑性能的连续旋转电机的水平，同时仍然是一个更低的价格选项的机器制造商。
软步技术将低分辨率步进命令转换为超细微步(每个电机步进256微步)。在低速运行时，它可以上下调节速度来跟踪输入的步骤，从而产生平稳的运动，而不会产生传统的步进器的滴答声、嗡嗡声或呜呜声。
软插图的基础知识
SoftStep驱动器背后的基本思想涉及将输入速率放入驱动器中，然后将其转换为跟踪输入步长的运动矢量。这导致输入步骤命令产生极其平滑的动作，只要输入命令流也很平滑，即使粗略地粗略。通过首先以预设的起始速度开始，维护速度，然后寻找下一个输入步长脉冲。它使用该时间间隔来设置新速度并继续处理。然后使用专利的控制算法使用PWM信号驱动电动机以控制绕组中的电流。在内部开发了包含特殊算法的驱动器中使用的芯片。
另一个重要的设计元素是，电机的响应是线性的输入定位步骤命令。理想情况下，为微步设计的电机的正弦波驱动将给出这个结果。实际上，当电流增加时，磁性开始饱和。这导致电机失去力，使响应非线性，这导致在输入正弦波谐波的位置和转矩脉动。这可以大大加剧电机和耦合机的自然共振，在最坏的情况下失去对电机的控制，失去步长。软步进技术可以通过修改驱动波形来抵消电机的非线性，从而最小化这一点。
的图表显示了卸载步进电机的机械位置误差以每秒约7.5的慢速速度驱动飞轮。小的黄色标记为1/10步，大的标记为全步，四个标记组成步进电机的一个极。红色图形显示的是由无补偿的软步驱动驱动时的位置误差，而蓝色图形显示的是使用标准的1/10微步驱动驱动时的位置误差。大的慢速误差是由电机本身的非线性响应引起的，可以用软步进驱动器进行补偿。
最后，还有过零点的问题。当电机绕组中的电流发生相位变化时，大多数微步驱动在过零点附近有很大的误差。振荡也经常发生在这个控制区域和噪声过渡。SoftStep设计使用了一些技巧来解决这个问题;通过将电流波形偏移半微步，信号永远不会被控制在零，而是控制在额定电机电流的正负1/512。如果没有动态协作，这种精确控制也不可能实现，自动校准驱动器测量系统的过零点。
该技术的组合产生了一种光滑且准确的驱动器，可用于所有类型的步进电机。由于它是固有的精度，它也是驱动线性步进电机的理想选择。
应用程序的成功
新的软天衣技术的显着且明显的结果是噪声和振动的明显减少，因为最终用户确认。
“步进电机如此安静，我认为机器没有跑步，”齐全的仪式公司（图森，AZ）总裁Matthew Dunne说。对齐仪式使一系列CNC路由器和铣刀和木工，珠宝，金属加工和固体表面行业中的制造商使用的其他工具。
“我们转换为Testra软件驱动系统的原因之一是您真正准确，与其他人相比，非常安静的驱动器，”Dunne解释道。“它还允许您缩短，因为驱动器几乎消除了振动，因此您在x，y和z轴上得到了更平滑的移动。”
该图表显示了用SoftStep ss483驱动器驱动的步进和不使用SoftStep的系统之间的误差差异。该SoftStep ss483在电流控制中没有间断，允许对波形进行精度校正，以匹配电机的位置和扭矩特性。
Dunne补充说，客户对SoftStep驱动器满意的SoftStep驱动器，这些驱动器安装在符合仪式的木材路由器上，因为它们能够更快地更快，具有更高的准确度。此外，随着振动问题被删除，倾向于破坏位的倾向。
“当你达到我们的一些较小的比特时 - 人们做泳池镶嵌镶嵌和那样的东西 - 你必须拥有一个数控路由器，可以以相当高的速度运行，但非常顺利，”他说。“对于珠宝等申请或您拥有昂贵的Corian镶嵌，您必须拥有一个非常顺畅的步进系统，以便您没有任何振动的切屑。”
另一个成功的故事来自CNASTECNC，CNC路由器，激光器和等离子刀具的Cartersville，GA制造商。它们还在其三轴Stinger CNC路由器上使用交钥匙Testra SoftStep驱动器封装。Stinger设计用于业余爱好和轻型工业用途，Stinger是一个三轴，台式路由器，旨在将相同的质量功能作为其工业职责，眼镜蛇系列伺服控制的路由器线。
“我们希望Stinger模型提供相同的精度，安静和光滑内建在我们的大型路由器，但与步进电机，”Joey Jarrard, CAMaster的共同所有人解释说。“但大多数步进器发出的‘咆哮’声音听起来并不专业。所以，在尝试了其他几个驱动程序包后，我们选择了SoftStep即插即用驱动系统，它非常安静、平滑和准确，几乎就像一个更昂贵的伺服系统。”
迷彩迷机选择是一个4轴系统，配有电源，驱动器，连接器和PC电缆。Jarrard说，因为驱动系统配有四个轴，它就像他的客户一样奖金功能。
Testra的SoftStep驱动模块有多种尺寸，如ss483系列，以及ss4x483四步系统，四轴驱动系统包括电源，被控制机器的I/O接口，以及PC的控制接口。ss4544系统是一个带有嵌入式运动控制计算机和数控机床控制固件的独立单元。
“Stinger是三轴机器，但我们可以升级，在我们的机器上包括一个车床。由于SoftStep驱动器系统有四个驱动器，我们已经有一个额外的驱动器可用。因此，客户可以安装他们的第四轴机而不做任何额外的布线。此外，如果客户不使用第四轴，如果未来三个驱动器中的一个坏了，他们有一个额外的驱动器，可以让它们重新启动，并在大约一分钟内运行，”Jarrard说。
Stinger的客户范围从严重的业余爱好者到轻工业制造商的吉他体和世界著名的体育场扬声器系统制造商的橱柜。Jarrard说，从他的路由器步进电机缺乏振动，使这些高质量的产品生产不需要平滑的刻痕和其他颤振点，这通常是由步进电机引起的。
他说:“即使你要处理的是千分之几英寸，只要切一刀，你就完了。”
Jarrard补充说，他的SoftStep控制步进电机触摸起来也很酷，不像其他许多电机。
他说:“当它不移动时，驱动器仍然保持不变，但它不会产生使电机发热的最大安培。”“这对客户来说更安全，因为他们不会像130或140度的发动机那样被灼伤。运行冷却也影响电机的寿命。我已经看到电机与其他驱动器烧坏在一年左右，因为热导致电机的铜绕组融化在一起。所以，如果电机冷却运行，它可以很容易地持续两倍的时间。”
Testra公司
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