步进电机基础（6.2）-步进电机的特性测量方法-动态特性的测量法和步距角度精度的测量

前言
- 基本信息
- 前言说明
6.2 动态特性的测量法
- 1 . 滑轮平衡法
- 2 . 磁滞制动法
- 3 . 利用扭力棒转矩测量法
6.3 步距角度精度的测量
- 1 . 角度测量法
- 2 . 步距角精度测量法
- - (1) 位置精度
  - (2) 步距角精度
  - (3) 滞环误差：
- 3. 实际的角度精度

前言

基本信息

名称	描述说明
教材名称	步进电机应用技术
作者	坂本正文
译者	王自强

前言说明

根据我读的《步进电机应用技术》这本书，进行的学习过程中的知识记录和心得体会的记录。

6.2 动态特性的测量法

下面介绍速度-动态转矩(dynamic torque)特性的测量法。步进电机的动态转矩有最大失步转矩与起动转矩。这两种转矩随驱动频率的增加而下降,原因是由于线圈的电抗增加，电流减少造成的。在低速运行时其运行在振动带区域，转矩会突然下降，此为转子的自然振动频率与驱动频率共振产生的现象;或者，在转子转动方向突然发生改变瞬间，同时接收到驱动指令脉冲，也会产生此现象。这些现象均需要正确测量电磁转矩。本节介绍3种测量转矩的方法及其测量原理。

1 . 滑轮平衡法

此测定电机转矩的方法与普罗尼制动（ prony brake)原理相同。滑轮用线绕几圈，线一端挂弹簧秤，滑轮与线之间产生滑动摩擦测量转矩。图6. 9表示滑轮平衡法。
根据图6, 9,转矩了变成下式

式中， f f f为线的张力， F F F为弹簧力， a a a为线的半径, r r r为滑轮的半径。测量时，如//F=0. 0】， a/r=0. 01，则式(6, 5)变成式(6. 6)。

即式(6.5)中的 f f f、 a a a被忽略。
此种方式的动态转矩计，采用营原研究所的挂线(普罗尼制动）方式，电脑画面会显示转矩曲线。其挂线的形式如图6. 10所示。

2 . 磁滞制动法

因磁滞制动由低速到高速有稳定的制动力关系，转矩计使用很多，其原理为磁场中的磁滞力将对运行中的被测电机施加制动力制动。此时，反作用转矩会作用到磁滞转子的定子上，此时用测力器（load cell)测出。制动力用产生磁场的线圈电流能任意设定。但磁滞转子的惯1大是其缺点，输出转矩为100 mN • m以下的小型步进电机普遍采用此方法。

3 . 利用扭力棒转矩测量法

利用棒的扭力角与转矩成比例的方法。扭力棒用2组刻度圆盘夹住，转矩加在棒上时，产生的扭力角度0，用光学方法测M，再由下式计算转矩 T T T

式中， D为扭力棒直径， G为系数。图6. 11表示其使用原理图。

此种试验方法的优点是低惯量、高精度测置。此测力器（应变计）方式要求高灵敏度放大器，以便避免应变计的再调整，以应对转矩信号范围大的缘故。缺点是容易产生扭力振动等问题。

6.3 步距角度精度的测量

1 . 角度测量法

步进电机用作位置定位控制时，前述的静态转矩特性为最重要的特性。步进电机的角度精度,能用高分辨率的编码器通过连轴器(使转动时不会发生旋转位移现象)直接连接，角度作为数字，读入计数器,用计算机进行计算。结果通过打印机或 X − Y X-Y X−Y绘图仪等设备输出，作为电机的评价资料。
图6. 12为功能框图，图6_ 13为步进电机安装编码器的图。

2 . 步距角精度测量法

(1) 位置精度

转子的任意点作为出发点，由此每一步测量一次，电机连续旋转一圈，求转子的实际位置与理论位置的差。用正最大值与负最大值范围表示的误差，称为位置误差（ position)，用基本步距角的百分率（％)来表示。表6. 1表示静止角度误差，图6. 1 4 表示误差与位置精度。

图6. 14中.，若正的最大误差为 △ △ △ θ 1 θ_1 θ1 ,负的最大误差为 △ △ △ θ 4 θ_4 θ4，则位置精度 P A PA PA由下式表示

(2) 步距角精度

转子从任意一点出发，连续运行时，求出各步进角度的实测角度与理论上的步进角度之差，用理论步距角的百分率（％)表示，称为步距角精度，以1圈中的（+ )侧与（一)侧的最大值表示。
步距角误差 △ △ △ θ m ， θ_m^， θm，= θ m ， θ_m^， θm，- θ m − 1 ， θ_{m-1}^， θm−1，=（ θ m θ_m θm+ △ △ △ θ m θ_m θm）-( θ m − 1 θ_{m-1} θm−1+ △ △ △ θ m − 1 θ_{m-1} θm−1) =( θ m θ_m θm - θ m − 1 θ_{m-1} θm−1)+( △ △ △ θ m θ_m θm - △ △ △ θ m − 1 θ_{m-1} θm−1)

式（ 6, 9)可由表6. 2表示。

即式(6. 9)的第一项为步距角理论值，( θ m θ_m θm - θ m − 1 θ_{m-1} θm−1)= θ s θ_s θs。第二项为静止角度(位置)误差的相邻误差，变成步距角误差。步距角误差取（+ )或(一）值，（+ )或（一）的最大值与步距角之比的百分数（％)称为步距角精度。表6.1的步距角精度 S A SA SA用下式描述

(3) 滞环误差：

转子由任意点正转1圈后，再反向旋转一圈返回原点，各测量位置的偏差角中取最大值,称为滞环误差。图6. 14中的H即为滞环误差。

3. 实际的角度精度

图6. 15表示两相HB型1. 8°步进电机的2相激磁角度精度。有每4步进精度的描述，即各相位置定位如图6. 16所示。

图6. 15的角度误差有4步进的周期性，其是由步迸电机绕组相间磁阻偏差大所造成的。分别取出4组来看，如图6. 16所示。并非全步进位置决定定位，如果容许分辨率低，采用每隔4步进的位置定位，位置精度改善1/4。每隔2步进精度会提高，这也是位置精度改善的对策。

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前言说明

6.2 动态特性的测量法

1 . 滑轮平衡法

2 . 磁滞制动法

3 . 利用扭力棒转矩测量法

6.3 步距角度精度的测量

1 . 角度测量法

2 . 步距角精度测量法

(1) 位置精度

(2) 步距角精度

(3) 滞环误差：

3. 实际的角度精度

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