每个人都会犯错误，机械工程师也不例外。 错误往往是一个学习和成长的机会。正如伟大的爱尔兰作家萨缪尔·贝克特所说的：“屡战屡败， 屡败屡战， 纵然失败，更加出彩。”
但是，为了设计出具有市场价值的产品，这种屡败屡战的循环必须以成功为最终目标。 显然，一举成功无疑是理想的情况。 我们将竭诚为您提供帮助。
当您评估了运动控制技术选择并决定使用步进系统时，您将需要根据您的应用要求选择理想的电机和驱动器。 这是非常容易出现错误的地方，会影响到您的开发时间和成本。
所以让我们一起了解一下工程师在设计和使用步进电机与驱动器时常见的五种错误、它们可能会导致的问题以及如何避免它们。 我们还将列出五种推荐做法以做出正确选择。
错误 1 — 认为电机搭配任何步进驱动器时都能够发挥其转速和转矩额定值
对于伺服电机，您可能已经知道额定转矩、失速转矩和转速都是在理想情况下确定的。 您在实际使用时所获得的数值取决于驱动器和电机的搭配以及可用的电压和电流。 同样的原则也适用于步进电机和驱动器。
为了确保获得步进电机所需的性能，可靠的方式是：针对具有您所需功能的特定驱动器，模拟电机与其可用电压和电流相匹配时的性能。 生成匹配电机和驱动器的性能曲线（转速-转矩曲线）可提供十分可靠的参考。
科尔摩根的在线步进优化器工具简化了这个过程。 首先挑选在物理上适合您的应用的电机，然后修改可用电压和电流，以生成与驱动器参数相匹配的转矩/转速曲线。 或者确定您所需的转矩/转速或基本运动轨迹，然后让工具自动找出符合您的应用需求的出色解决方案。
请记住电机的失速转矩不代表其在运动时生成的转矩，尤其是在需要更高转矩的加速和减速期间。 根据您的应用的实际动态需求使用步进优化器选择系统有助于您避免出现这种错误。
错误 2 — 由于错误原因设计微步进驱动器
如果您需要格外出色的速度和位置控制，那么相较于步进系统，伺服系统可能是更适合您的应用的选择。 但是设计步进电机和微步进驱动器可能是个充满诱惑力的选择，您可能会认为无需基于反馈的控制即可获得相当的精度。 这可能是一个错误。
开发微步进系统的目的是使电机能够克服在低端共振区中的噪音和振动影响，甚至能够在这些低端区内持续运行。 驱动器能够将 1.8º 步进角分成多达 250 个微步进，但这些单独的脉冲可能不一致。 电机的位置和速度在低至微步水平时不一定能够保持稳定。 虽然微步进驱动器的确可提供比标准步进驱动器更高的分辨率，但这不一定能保证精度的提升。
相反，微步进的主要优势是减少低电机转速时的振动、噪音和鸣响。 这引出了另一个潜在的错误 — 认为微步进驱动器可减轻所有共振问题。 除了低转速外，步进电机还可能会在中等转速范围内出现共振周期。 微步进无法帮助解决这个问题。 选择采用抗共振算法的驱动器是处理这种共振的理想方法。
错误 3 — 电机选择过小或过大
即使在好的情况下，电机选择过小也会造成过热、加速和减速不足以及性能整体不佳。 如果情况更加糟糕一些，则电机会损失脉冲、定位不准或者在重度负载或高加速和减速时完全失速。
电机选择过大会导致其产生更加明显的噪音以及更高的 EMI\/RFI 噪音， 还可能导致更高的电机和驱动器成本、浪费平板空间以及机器比必要的尺寸更大、更重。
科尔摩根的步进优化器工具可以帮助您避免这些基础错误，让您获得符合应用尺寸和性能要求的电机。
错误 4 — 负载与电机惯量不匹配
伺服系统惯量匹配的旧规则已经不再适用。 但对于步进系统来说，考虑负载与电机惯量仍然和以往一样重要，因为这些系统通常为开环系统。 即使在添加编码器构建闭环步进系统时，惯量不匹配度也不能超过某一个数量级 (10:1)，以免造成电机损失脉冲、负载定位错误、消耗更多电流甚至是失速。
错误 5：未考虑到机器的固有频率
工程师应理解机器的特征频率（ω-自然频率）及其抗共振频率，并避免使用处于系统自然频率范围内的命令转速。 采用抗共振电路的微步进驱动器可以有效缓解此问题，但是如果没有注意选择可在这些共振范围之外运行的电机和驱动器组合，那么机器仍会在特定电机转速下发出鸣响。 为这样的应用选择了错误的步进系统会导致机器噪音巨大，机器会在特定转速下发生振动而且运行不稳定。
一举做出正确选择的 5 个秘诀
- 确保您已经理解了机器的机械限制和要求，例如机械共振频率、机械带宽、负载惯量（理想情况 ≤ 10:1）、静摩擦力和动摩擦力。 这适用于涉及到运动控制的任何设备，无论其精度如何。
- 使用科尔摩根的步进优化器等尺寸选型程序，根据可靠的转速-转矩性能曲线为您的系统确定正确的尺寸。
- 选择与可用母线电压相匹配并具有所需功能的驱动器，选择在与驱动器搭配时可提供所需性能曲线的电机（在机器的共振频率之外）。
- 如果伺服系统有可能实现较好运行结果，请勿强行让步进系统执行高转速或高精度运动控制。 正如步进系统一样，伺服系统的价格近年来也在下降，应用也变得更加简单。
- 获取联合工程协助。 科尔摩根可提供业内性能出色的电机和驱动器，而我们也不仅仅是一家供应商。 我们的使命是帮助您的应用达到理想状态。 联系我们的运动控制专家，立即开始优化您的机器。
