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步进电机

Arduino 简易FOC支持市面上大多数常见的步进电机。

步进电机是无刷直流电机的一个子集,它们具有以下一些特点:

  • 两相电机 - 4 根线
  • 极对数相对较多 >50
  • 内阻通常 >5Ω
  • 电流通常低于 <5A

步进电机是最常见的 hobby 电机之一,应用广泛。使用步进电机的主要优点是:

  • 价格 - 电机和驱动器都相当便宜
  • 使用简单 - 方向和步进接口
  • 性能良好 - 保持扭矩高,速度可达 1000rpm

步进电机使用磁场定向控制的好处

在开环(无位置传感器)控制模式下使用步进电机的主要问题是,我们不得不忽略电机及其负载的所有动态特性。我们假设电机能够服从我们发出的任何指令。因此,在使用步进电机时,我们往往会低估电机的能力,以确保电机能够完成我们要求的所有动作。

这一点在 3D 打印机上很容易看到,例如,如果你将打印机的移动速度设置得过高,电机就会开始丢步(错过步骤或无法跟随),从而破坏你的打印成果。因此,打印机通常有一个进给率因子,使你能够放慢指令速度,避免电机无法完成的动作。

步进电机开环控制的另一个问题是不知道电机的位置,这使得控制算法无法应对来自环境的干扰。同样在 3D 打印中,这个问题被称为丢步。如果 3D 打印机的喷嘴卡住一秒钟,3D 打印机不会知道,它会继续向电机发送命令,就好像电机一直在跟随指令一样。这往往会导致打印失败。

因此,将 FOC 算法用于步进电机的一些好处是:

  • 更好的动态性能
    • 需要适当选择步进驱动器 + 位置传感器 + 微控制器
  • 不会丢步
    • 抗干扰能力
  • 更节能
    • 电机电压经过调制,以最小化定位误差 -(通常是固定的)
  • 可反向驱动

一些支持的电机

以下是不同价格范围的步进电机示例,这些电机已成功通过该库的测试。

示例描述规格链接价格
NEMA14 BYGHW- 50PP(200 步)
- 18N.cm
- 12V/1.2A
- 8.8Ω
- 35x35x35mm
Ebay10 美元
NEMA17 42BYGH34-0400A- 50PP(200 步)
- 26N.cm
- 12V/0.4A
- 30Ω
- 42x42x34mm
Ebay12 美元
NEMA 17HS19-2004S1- 50PP(200 步)
- 59N.cm
- 12V/2A
- 4Ω
- 42x42x48mm
Ebay17 美元
NEMA23 57BYGH- 50PP(200 步)
- >100N.cm
- 12V/2.5A
- 1.2Ω
- 56x56x56mm
Ebay30 美元