步进式伺服驱动系统是一个开环系统,在此系统中,步进电机的质量、机械传动部分的结构和质量以及控制电路的完善与否,均影响系统的工作精度。要提高系统的工作精度,应从这几个方面考虑:如改善步进电机的性能,减小步距角;采用精密传动副,减少传动链中传动间隙等。但这些因素往往由于结构和工艺的关系而受到一定的限制。为此,需要从控制方法上采取一些措施,弥补其不足。

1.传动间隙补偿

在进给传动结构中,提高传动元件的制造精度并采取消除传动间隙的措施,可以减小但不能完全消除传动间隙。由于间隙的存在,接收反向进给指令后,最初的若干个指令脉冲只能起到消除间隙的作用。因此产生了传动误差。传动间隙补偿的基本方法是:当接收反向位移指令后,首先不向步进电动机输送反向位移脉冲,而是由间隙补偿电路或补偿软件产生一定数量的补偿脉冲,使步进电机转动越过传动间隙,然后按指令脉冲使执行部件做出准确的位移。间隙补偿的数目由实测决定,并作为参数存储起来。接收反向指令信号后,每向步进电机输送一个补偿脉冲的同时,将所存的补偿脉冲数减1直至存数为零时,发出补偿完成信号控制脉冲输出门向步进电机分配进给指令脉冲。

2.螺距误差补偿

在步进式开环伺服驱动系统中,丝杠的螺距累积误差直接影响工作台的位移精度,若想提高开环伺服驱动系统的精度,就必须予以补偿。补偿原理如图3-22所示。通过对丝杠的螺距进行实测,得到丝杠全程的误差分布曲线。误差有正有负,当误差为正时,表明实际的移动距离大于理论的移动距离,应该采用扣除进给脉冲指令的方式进行误差的补偿,使步进电动机少走一步;当误差为负时,表明实际的移动距离小于理论的移动距离,应该采取增加进给脉冲指令的方式进行误差的补偿,使步进电动机多走一步。具体的做法如下:

图3-22　螺距误差补偿原理图

(1)安置两个补偿杆分别负责正误差和负误差的补偿;(www.daowen.com)

(2)在两个补偿杆上,根据丝杠全程的误差分布情况及上述螺距误差的补偿原理,设置补偿开关或挡块;

(3)当机床工作台移动时,安装在机床上的微动开关每与挡块接触一次,就发出了一个误差补偿信号,对螺距误差进行补偿,以消除螺距的积累误差。

3.细分线路

所谓细分线路,是把步进电动机的一步再分得细一些。如十细分线路,将原来输入一个进给脉冲步进电动机走一步变为输入10个脉冲才走一步。换句话说,采用十细分线路后,在进给速度不变的情况下,可使脉冲当量缩小到原来的1/10。

若无细分,定子绕组的电流是由零跃升到额定值的,相应的角位移如图3-23(a)所示。采用细分后,定子绕组的电流要经过若干小步的变化,才能达到额定值,相应的角位移如图3-23(b)所示。

图3-23　细分前后的一步角位移波形图