步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、安全性高，在低速情況下不需要減速機(jī)就可以輸出很大的力矩，相比直流無(wú)刷和伺服電機(jī)，不需要復(fù)雜的控制算法也不需要編碼器反饋情況下可以實(shí)現(xiàn)位置控制，被用在很多要求定位的場(chǎng)合，例如自動(dòng)化控制、數(shù)字化生產(chǎn)如3D打印、醫(yī)療和光學(xué)等眾多領(lǐng)域。

然而，步進(jìn)電機(jī)低速共振，噪音大幾乎是工程師們公認(rèn)的固有特性，如何有效控制步進(jìn)電機(jī)的噪音問(wèn)題呢?

換成步距角更小的電機(jī)，例如5相步進(jìn)電機(jī)試試?

成本太高......

換成伺服電機(jī)或者閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)呢?

成本太高......

在電機(jī)軸上增加阻尼器?

屬于機(jī)械機(jī)構(gòu)負(fù)載，同樣會(huì)增加額外的成本.....

采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)?

有效果，但還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)更靜音的需求......

三招“秘笈”，降低噪聲

步進(jìn)電機(jī)特別是在低速的時(shí)候，低的步距分辨率模式比如半步或者整步是步進(jìn)電機(jī)噪音的主要步，另一方面則是來(lái)自斬波和脈寬調(diào)制(PWM)的不良模式反應(yīng)。

降噪秘笈一：微步驅(qū)動(dòng)

步進(jìn)電機(jī)通常使用永磁體作為轉(zhuǎn)子，使用電機(jī)線圈作為定子，通過(guò)向電機(jī)線圈發(fā)送電流，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，迫使磁轉(zhuǎn)子進(jìn)入所需的位置。然而，該電流必須以這樣的方式進(jìn)行斬波，以使電機(jī)按需要運(yùn)行。混合式步進(jìn)電機(jī)多允許產(chǎn)生每轉(zhuǎn)200的步進(jìn)數(shù)，使用額外的電流狀態(tài)生成更小的步進(jìn)數(shù)，例如半步或微步，這提高了電機(jī)的精度、扭矩和效率，同時(shí)減少了失步、振動(dòng)和噪音。

降噪秘笈二：SpreadCycle

步進(jìn)電機(jī)噪音和振動(dòng)的另外一個(gè)是傳統(tǒng)的斬波方式和脈寬調(diào)制(PWM)模式，因?yàn)楸容^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(tǒng)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，在其數(shù)值的時(shí)候，電流才會(huì)達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)電流，終導(dǎo)致平均電流是小于預(yù)期目標(biāo)電流的。

相比恒定的斬波模式，ADI 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(yīng)了配置的正常電流，在正弦的過(guò)零點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)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(tǒng)恒定斬波模式，SpreadCycle PWM斬波模式控制下的電機(jī)運(yùn)行得要平穩(wěn)、平滑很多，從而實(shí)現(xiàn)靜音電機(jī)控制。

降噪秘笈三：StealthChop

雖然先進(jìn)的電流控制PWM斬波器改善了電機(jī)性能，但仍然存在一些對(duì)某些應(yīng)用至關(guān)重要的噪音和振動(dòng)。這是因?yàn)殡娏髡{(diào)節(jié)斬波器總是在逐個(gè)周期的基礎(chǔ)上對(duì)線圈電流測(cè)量做出反應(yīng)，從而導(dǎo)致電機(jī)線圈之間產(chǎn)生噪聲以及電磁耦合，進(jìn)而影響電流斬波器。穩(wěn)壓斬波器 StealthChop 通過(guò)根據(jù) PWM 占空比調(diào)制電流來(lái)克服這一問(wèn)題，從而產(chǎn)生完美的電流正弦波。

除了電機(jī)軸承鋼球磨擦的聲音是無(wú)法避免的之外，StealthChop可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在極度的靜音下，實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)聲音在10dB以下，噪音大大低于傳統(tǒng)電流控制方式。

常規(guī)的控制模式下步進(jìn)電機(jī)在低速情況下會(huì)出現(xiàn)比較大的噪音和震動(dòng)，ADI Trinamic提供帶有StealthChop功能的驅(qū)動(dòng)模塊，包括單軸、三軸和六軸驅(qū)控模塊，在StealthChop模式下即使速度很低也聽不到明顯的聲音，能有效改善步進(jìn)電機(jī)的噪聲。