วิธีการเพิ่มความแม่นยำในมอเตอร์สเต็ปเปอร์

เป็นที่ทราบกันดีในสาขาวิศวกรรมว่าค่าความคลาดเคลื่อนเชิงกลมีผลกระทบอย่างมากต่อความแม่นยำและความถูกต้องแม่นยำของอุปกรณ์ทุกประเภทเท่าที่จะจินตนาการได้ ไม่ว่าจะใช้งานในรูปแบบใดก็ตาม ข้อเท็จจริงนี้ยังเป็นความจริงสำหรับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ตัวอย่างเช่น มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบมาตรฐานมีระดับความคลาดเคลื่อนประมาณ ±5 เปอร์เซ็นต์ต่อสเต็ป ซึ่งถือเป็นความคลาดเคลื่อนแบบไม่สะสม มอเตอร์สเต็ปเปอร์ส่วนใหญ่เคลื่อนที่ 1.8 องศาต่อสเต็ป ส่งผลให้มีช่วงความคลาดเคลื่อนที่เป็นไปได้ 0.18 องศา ถึงแม้ว่าเราจะพูดถึง 200 สเต็ปต่อการหมุนก็ตาม (ดูรูปที่ 1)

มอเตอร์สเต็ปเปอร์ 2 เฟส - ซีรีส์ GSSD

การก้าวแบบย่อส่วนเพื่อความแม่นยำ

ด้วยความแม่นยำมาตรฐานแบบไม่สะสม ±5 เปอร์เซ็นต์ วิธีแรกและสมเหตุสมผลที่สุดในการเพิ่มความแม่นยำคือการสเต็ปมอเตอร์แบบไมโครสเต็ป ไมโครสเต็ปเป็นวิธีการควบคุมมอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่ให้ความละเอียดสูงกว่าและการเคลื่อนไหวที่ราบรื่นกว่าที่ความเร็วต่ำ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากในการใช้งานบางประเภท

เริ่มต้นด้วยมุมสเต็ป 1.8 องศาของเรา มุมสเต็ปนี้หมายความว่าเมื่อมอเตอร์ทำงานช้าลง แต่ละสเต็ปจะกลายเป็นส่วนที่ใหญ่ขึ้นของมอเตอร์ทั้งหมด เมื่อความเร็วช้าลงเรื่อยๆ ขนาดสเต็ปที่ค่อนข้างใหญ่จะทำให้มอเตอร์เกิดการคลาดเคลื่อน วิธีหนึ่งที่จะช่วยลดความราบรื่นในการทำงานที่ลดลงนี้ที่ความเร็วต่ำคือการลดขนาดสเต็ปของมอเตอร์แต่ละสเต็ป นี่คือจุดที่ไมโครสเต็ปปิ้งกลายเป็นทางเลือกที่สำคัญ

ไมโครสเต็ปปิ้งทำได้โดยใช้พัลส์ไวด์มอดูเลต (PWM) เพื่อควบคุมกระแสที่ไหลไปยังขดลวดมอเตอร์ สิ่งที่เกิดขึ้นคือไดรเวอร์มอเตอร์จะส่งคลื่นไซน์แรงดันไฟฟ้าสองคลื่นไปยังขดลวดมอเตอร์ ซึ่งแต่ละคลื่นมีเฟสต่างกัน 90 องศา ดังนั้น ในขณะที่กระแสเพิ่มขึ้นในขดลวดหนึ่ง กระแสจะลดลงในอีกขดลวดหนึ่ง ทำให้เกิดการถ่ายโอนกระแสอย่างค่อยเป็นค่อยไป ส่งผลให้การเคลื่อนที่ราบรื่นขึ้นและสร้างแรงบิดที่สม่ำเสมอมากกว่าการควบคุมแบบสเต็ปเต็ม (หรือแม้แต่แบบครึ่งสเต็ป) ทั่วไป (ดูรูปที่ 2)

แกนเดี่ยวตัวควบคุมมอเตอร์สเต็ปเปอร์ + ไดรเวอร์ทำงาน

เมื่อตัดสินใจเพิ่มความแม่นยำโดยอาศัยการควบคุมไมโครสเต็ปปิ้ง วิศวกรต้องพิจารณาว่าสิ่งนี้ส่งผลต่อคุณลักษณะอื่นๆ ของมอเตอร์อย่างไร แม้ว่าความราบรื่นในการส่งแรงบิด การเคลื่อนที่ความเร็วต่ำ และการสั่นพ้องอาจได้รับการปรับปรุงด้วยไมโครสเต็ปปิ้ง แต่ข้อจำกัดทั่วไปในการควบคุมและการออกแบบมอเตอร์ทำให้ไม่สามารถบรรลุคุณลักษณะโดยรวมที่เหมาะสมได้ เนื่องจากการทำงานของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ ไดรฟ์ไมโครสเต็ปปิ้งจึงสามารถประมาณค่าคลื่นไซน์จริงได้เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าระลอกคลื่นแรงบิด การสั่นพ้อง และสัญญาณรบกวนบางส่วนจะยังคงอยู่ในระบบ แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะลดลงอย่างมากในการทำงานแบบไมโครสเต็ปปิ้งก็ตาม

ความแม่นยำเชิงกล

การปรับเชิงกลอีกวิธีหนึ่งเพื่อเพิ่มความแม่นยำให้กับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ของคุณคือการใช้โหลดความเฉื่อยที่น้อยลง หากมอเตอร์ถูกติดตั้งด้วยโหลดความเฉื่อยสูงขณะพยายามหยุด โหลดจะทำให้เกิดการหมุนเกินเล็กน้อย เนื่องจากข้อผิดพลาดนี้มักเป็นข้อผิดพลาดเล็กน้อย จึงสามารถใช้ตัวควบคุมมอเตอร์เพื่อแก้ไขได้

สุดท้ายนี้ เรากลับมาที่ตัวควบคุม วิธีนี้อาจต้องใช้ความพยายามทางวิศวกรรมพอสมควร เพื่อปรับปรุงความแม่นยำ คุณอาจต้องการใช้ตัวควบคุมที่ปรับแต่งมาเฉพาะสำหรับมอเตอร์ที่คุณเลือกใช้ ซึ่งเป็นวิธีการที่มีความแม่นยำสูงมาก ยิ่งตัวควบคุมสามารถควบคุมกระแสของมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำมากเท่าใด คุณก็จะยิ่งได้รับความแม่นยำมากขึ้นจากสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่คุณใช้อยู่ เนื่องจากตัวควบคุมจะควบคุมปริมาณกระแสที่ขดลวดมอเตอร์ได้รับเพื่อเริ่มต้นการเคลื่อนที่แบบสเต็ปได้อย่างแม่นยำ

ระบบการเคลื่อนที่ที่แม่นยำเป็นข้อกำหนดทั่วไปที่ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานร่วมกันของระบบสเต็ปเปอร์เพื่อสร้างความแม่นยำ ช่วยให้วิศวกรสามารถใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีที่มีอยู่ รวมถึงเทคโนโลยีที่ใช้ในการสร้างส่วนประกอบเชิงกลของมอเตอร์แต่ละตัว