步進(jìn)電機是3D打印機中主要的驅動(dòng)部件，步進(jìn)電機的性能直接會(huì )影響到打印機的性能和最終打印出來(lái)物品的品質(zhì)。
傳統的步進(jìn)電機的驅動(dòng)器都會(huì )存在噪音比較大，很不適合桌面型設備的用戶(hù)體驗感，另外一個(gè)問(wèn)題就是常規的步進(jìn)電機的驅動(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)同步帶反應到最終打印的質(zhì)量上會(huì )出現斷層現象。步進(jìn)電機的穩定性與運行精度直接影響到3D打印機的性能。
常規步進(jìn)電機的驅動(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)電機的震動(dòng)主要來(lái)自?xún)蓚�(gè)方面一是步進(jìn)電機的步距分辨率(步距階躍)另一方面是來(lái)自斬波和脈寬調制(PWM)的不良模式反應.
當然步進(jìn)電機的步距角和細分會(huì )影響到電機的震動(dòng)，但是本文中我們不談細分和電機步距角的因素，因為這兩個(gè)因素無(wú)法徹底解決步進(jìn)電機的震動(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)源是傳統的斬波方式和脈寬調制(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,在其最大數值的時(shí)候,電流才會(huì )達到規定的目標電流,最終導致平均電流是小于預期目標電流的,如圖7所示
在一個(gè)完整的電周期內,電流方向改變時(shí) 在正弦波過(guò)零處有個(gè)平穩過(guò)渡期,這個(gè)會(huì )影響在很短的過(guò)渡期內線(xiàn)圈里面的電流為零,也就是電機此時(shí)根本就沒(méi)有力矩,這就導致了電機擺動(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.平均電流反應了配置的正常電流,在正弦的過(guò)零點(diǎn)不會(huì )出現過(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,相比傳統恒定斬波模式,SpreadCycle PWM斬波模式控制下的電機運行得要平穩、平滑很多.
這一點(diǎn)在電機從靜止或低速到中速過(guò)程中非常重要.
傳統步進(jìn)電機驅動(dòng)方案在電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)候都會(huì )出現一個(gè)電流過(guò)度，或者叫電流死區，此時(shí)電機線(xiàn)圈是沒(méi)有電流的。這是導致電機震動(dòng)的一個(gè)主要因素。
Trinamic是嵌入式電機和運動(dòng)控制領(lǐng)域的全球領(lǐng)導者。主要產(chǎn)品包括專(zhuān)用運動(dòng)控制集成芯片，智能電機驅動(dòng)器和嵌入式微系統。 Trinamic的工程師擁有數十年的經(jīng)驗，擅長(cháng)解決現實(shí)問(wèn)題，致力于為3D打印，桌面制造，醫療設備，實(shí)驗室自動(dòng)化和監控攝像頭等領(lǐng)域設計解決方案。gao@trinamic.cn trinamic開(kāi)發(fā)出了一項專(zhuān)利技術(shù)spreadcycle保證步進(jìn)電機在過(guò)零點(diǎn)時(shí)平滑過(guò)渡沒(méi)有死區電流，使用其TMC2100，TMC2130，TMC2208幾款步進(jìn)電機驅動(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:當電流的信號從正變?yōu)樨摶蛘哓撟優(yōu)檎?不會(huì )有過(guò)渡區域而是持續性的穿過(guò)零點(diǎn).因為電流的調制是根據PWM占空比來(lái)控制的.在50%的PWM占空比,電流是0,StealthChop調整PWM的占空比來(lái)調節電機電流,PWM頻率是個(gè)常數,與此相反 電流控制的斬波器通過(guò)調控頻率實(shí)現調節電機電流,在這里 電流的波動(dòng)是比較大的,此外電流的波動(dòng)會(huì )在電機的永磁體轉子里產(chǎn)生渦流,這會(huì )導致電機的功耗損失. |
