HBS57 全數(shù)字式閉環(huán)步進驅(qū)動器 可配57/60閉環(huán)
一、產(chǎn)品簡介1.概述HBS57 是本公司基于十幾年步進與伺服研發(fā)經(jīng)驗,開發(fā)成功的一款新型閉環(huán)步進電機驅(qū)動器, 采用****專用電機控制雙核DSP 芯片和應用矢量型閉環(huán)控制算法,從而****克服了開環(huán)步進電機丟步的問題,同時也能明顯提升電機的高速性能、降低電機的發(fā)熱程度和減小電機的高中低速振動,從而提升機器的加工速度和精度以及降低機器的能耗。此外,在電機連續(xù)過載時,驅(qū)動器會輸出報警信號,具有與交流伺服系統(tǒng)同樣的可靠性。 當然電機安裝尺寸與傳統(tǒng)的二相42-57系列步進電機完全兼容,傳統(tǒng)步進驅(qū)動方案極易升級,并且成本相比開環(huán)步進電機增加不多,僅相當于傳統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)的 30-50%。 2.技術(shù)背景與特點 閉環(huán)步進電機控制作為一種新型的步進電機控制技術(shù),是在傳統(tǒng)二相步進電機后軸上安裝了高精度光學增量編碼器,由于編碼器具備轉(zhuǎn)子實時位置信息回傳特性,所以驅(qū)動器可以實時監(jiān)測電機軸位置,每秒取樣電機軸位置信息達到20000次,這使得驅(qū)動器可實時補償位移偏差,保證精確定位。而傳統(tǒng)開環(huán)步進電機,由于無編碼器反饋轉(zhuǎn)子實時位置信息,當負載突然變化時,電機會出現(xiàn)丟步,從而導致定位錯誤,最終給用戶帶來巨大損失。 閉環(huán)步進系統(tǒng)特別適用于低剛性負載情況(如:皮帶,滑輪系統(tǒng)),如果使用交流伺服系統(tǒng),它們有一個共同的問題,就是一直要做補償動作。為了得到較好的剛性,交流伺服系統(tǒng)特別希望工作在高增益條件下,這樣極易導致交流伺服電機定位時會偏離位置,而驅(qū)動器會通過相反方向超調(diào)來糾正偏差,這種空震現(xiàn)象,在系統(tǒng)中十分普遍,其中靜止摩擦力明顯高于運行摩擦力。解決方案是降低增益,但是響應速度和精確度會受到影響。而閉環(huán)步進系統(tǒng)能****解決這個問題。它利用步進電機的獨特性能,將其固定在既定位置,減少震蕩。這種優(yōu)點特別適用于納米技術(shù),半導體制造,視覺系統(tǒng)和噴墨打印領(lǐng)域,因為以上制造行業(yè)對系統(tǒng)的低振動性有很高要求。 HBS57采用了1000p/r高精度光學編碼器。區(qū)別于傳統(tǒng)的內(nèi)部微細分步進驅(qū)動器,系統(tǒng)內(nèi)部的高性能雙核數(shù)字信號處理器(DSP),使用矢量控制和濾波技術(shù),以****次諧波達到平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)控制。 在高負載和高速情況下,HBS57表現(xiàn)依舊出色,不會出現(xiàn)失步或定位錯誤。轉(zhuǎn)矩輸出較之普通步進電機和驅(qū)動器而言,HBS57在長時間內(nèi)可保持高轉(zhuǎn)矩輸出,在****負載情況下,步進電機持續(xù)運轉(zhuǎn)而不會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。區(qū)別于傳統(tǒng)開環(huán)步進驅(qū)動器,HBS57倚靠其創(chuàng)新的電流相位控制技術(shù),實現(xiàn)了在高速運動條件下,持續(xù)高轉(zhuǎn)矩運行。因其可以實時監(jiān)測當前定位特性,讓步進電機實現(xiàn)了在****負載下,仍可以保持高轉(zhuǎn)矩輸出。 由于HBS57驅(qū)動器可以根據(jù)負載變化,實時調(diào)整控制電流,因此可以減少熱量的產(chǎn)生,提升使用效能,相比開環(huán)步進電機,發(fā)熱量減少50%以上,使得電機和軸承壽命得以延長,提升產(chǎn)品品質(zhì),降低維修率。 3.性能參數(shù) u 采用全新32位電機控制專用雙核DSP芯片; u 采用先進的矢量電流及速度和位置閉環(huán)控制算法; u 靜態(tài)電流和動態(tài)電流比例可以任意設置(0---7A范圍內(nèi)); u 可驅(qū)動 42-60全系列二相混合式步進伺服電機; u 電機標配1000線高精度編碼器; u 光耦隔離差分信號輸入; u 脈沖響應頻率****可達300KHZ; u 細分16檔設定(400-51200),特殊細分可按客戶要求更改; u 具有過流、過壓、超速、過熱、跟蹤誤差超差等保護功能; u 支持指令控制模式; u 集成RS232通信功能,并且支持PC端軟件調(diào)試參數(shù); 4.產(chǎn)品相對優(yōu)勢 ● 優(yōu)于開環(huán)步進電機驅(qū)動器的特點: u 準確定位,電機不會失步;
u 定位穩(wěn)定,即使受到外部力量影響,如機械振動或垂直定位保持,也會自動回復到原位; u 采用****額定轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動電機,而傳統(tǒng)開環(huán)步進電機為避免失步問題,通常只會用50%額定轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動電機; u HBS57的控制電流依負載而定,電機能在高速下運行,而傳統(tǒng)步進電機無論荷重,一律使用恒定電流,因此能效大大提高; u 由于電機轉(zhuǎn)矩輸出沒有損失,所以電機的體積相比原來的開環(huán)系統(tǒng)降低1-2檔,從而使電機的安裝尺寸更小,系統(tǒng)成本下降; ●優(yōu)于交流伺服電機驅(qū)動器的特點: u 無需調(diào)整增益(應負載變化自動調(diào)整增益); u 維持穩(wěn)定的位置控制,定位完成后無抖動; u 可以實現(xiàn)快速定位,加減速曲線可以更陡,從而提高加工效率; u 擅長在快速短行程運動中持續(xù)運行; u 成本只是交流伺服系統(tǒng)的30%-50%; 二、電氣、機械和環(huán)境指標1.電氣指標參 數(shù) | HBS57 | 最小值 | 典型值 | ****值 | 單位 | 連續(xù)輸出電流 | 0 | - | 7.0 | A | 輸入電源電壓 | +16 | +36 | +70 | VDC | 邏輯輸入電流 | 7 | 10 | 20 | mA | 編碼器電流 |
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| 50 | mA | 脈沖頻率 | 0 | - | 300 | kHz | 絕緣電阻 | 500 |
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| MΩ |
2.使用環(huán)境及參數(shù)冷卻方式 | 自然冷卻或外加散熱器 |
使用環(huán)境 | 使用場合 | 盡量避免粉塵、油霧及腐蝕性氣體 | 溫度 | 0℃-50℃ | 濕度 | 40-90%RH | 震動 | 5.9 m/s2 Max | 保存溫度 | -20℃-+80℃ | 重 量 | 約285克 |
3.機械安裝尺寸圖(單位:mm)  4.加強散熱方式 (1)驅(qū)動器的可靠工作溫度通常在60℃以內(nèi),電機工作溫度為80℃以內(nèi); (2)安裝驅(qū)動器時請采用直立側(cè)面安裝,使散熱器表面形成較強的空氣對流;必要時靠近驅(qū)動器處安裝風扇,強制散熱,保證驅(qū)動器在可靠工作溫度范圍內(nèi)工作。 三、驅(qū)動器接口與接線介紹
1.接口定義A、電機和電源輸入端口 端子號 | 符 號 | 名 稱 | 引線顏色說明 | 1 | A+ | A相電機繞組+ | 白色 | 2 | A- | A相電機繞組- | 綠色 | 3 | B+ | B相電機繞組+ | 藍色 | 4 | B- | B相電機繞組- | 黑色 | 5 | +VDC | 電源輸入正極 | DC16-70V | 6 | GND | 電源輸入負極 |
注意:電機線相位間不能互換 B、編碼器信號輸入端口 端子號 | 符 號 | 名 稱 | 引線顏色說明 | 1 | EB+ | 電機編碼器B相正輸入 | 黃色 | 2 | EB- | 電機編碼器B相負輸入 | 綠色 | 3 | EA+ | 電機編碼器A相正輸入 | 黑色 | 4 | EA- | 電機編碼器A相負輸入 | 藍色 | 5 | VCC | 編碼器電源+5V輸入 | 紅色 | 6 | EGND | 編碼器電源地 | 白色 |
C、控制信號端口
端子號 | 符 號 | 名 稱 | 說 明 | 1 | PU+ | 脈沖正輸入 | 信號源+5V~24V通用,無需再串接電阻 | 2 | PU- | 脈沖負輸入 | 3 | DR+ | 方向正輸入 | 信號源+5V~24V通用,無需再串接電阻 | 4 | DR- | 方向負輸入 | 5 | ENA+ | 電機使能正輸入 | 該信號有效時電機處于自由狀態(tài),不鎖機 |
6 | ENA- | 電機使能負輸入 | 于自由狀態(tài),不鎖機 |
D、輸出信號端口 端子號 | 符 號 | 名 稱 | 引線顏色說明 | 1 | ALM+ | 報警信號正輸出 | 驅(qū)動器故障保護后輸出信號給上位機 | 2 | ALM- | 報警信號負輸出 |
2.控制信號接口電路圖 控制信號輸入和輸出接口電路圖,如圖3所示。
(1)輸入信號共陽接法

(2)輸入信號共陰接法 
(3)差分輸入的時候請按下圖接線 
圖3(a) 差分方式控制信號接口接線圖 注意:控制信號電平兼容5V-24V,只要控制信號輸入端電平在5-24V之間就無需再外接電阻R1,R2。 3.控制信號時序圖 為了避免一些誤動作和偏差,PUL、DIR 和ENA 應滿足一定要求,如下圖4所示: 
圖4 時序圖 注釋: (1)t1:ENA(使能信號)應提前DIR 至少5μs,確定為高。一般情況下建議ENA+和ENA-懸空即可。 (2)t2:DIR 至少提前PUL 下降沿5μs 確定其狀態(tài)高或低。 (3)t3:脈沖寬度至少不小于2.5μs。 (4)t4:低電平寬度不小于2.5μs。 4.控制信號模式設置脈沖觸發(fā)沿和單雙脈沖選擇:通過PC機軟件手持調(diào)試器設置脈沖上升沿或下降沿觸發(fā)有效;還可以設置單脈沖模式、雙脈沖模式、正交脈沖模式以及內(nèi)部指令模式,半流比例,全流比例等參數(shù)。 5.狀態(tài)指示燈:綠色 LED 為電源指示燈,當驅(qū)動器接通電源時,該 LED 常亮;當驅(qū)動器切斷電源時,該 LED 熄滅。紅色 LED 為故障指示燈,當出現(xiàn)故障時,該指示燈以 5 秒鐘為周期循環(huán)閃爍; 當故障被用戶清除時, 紅色 LED 常滅。 紅色 LED閃爍頻率為 2Hz,其中 LED 亮 200ms,滅 300ms。紅色 LED 在 5 秒鐘內(nèi)閃爍次數(shù)代表不同的故障信息,具體關(guān)系如下表所示: 
四、撥碼開關(guān)設定HBS57驅(qū)動器采用六位撥碼開關(guān)設定細分和其他功能,詳細描述如下: 1.細分設定 步數(shù)/圈 | SW1 | SW2 | SW3 | SW4 | 400 | on | on | on | on | 800 | off | on | on | on | 1600 | on | off | on | on | 3200 | off | off | on | on | 6400 | on | on | off | on | 12800 | off | on | off | on | 25600 | on | off | off | on | 51200 | off | off | off | on | 1000 | on | on | on | off | 2000 | off | on | on | off | 4000 | on | off | on | off | 5000 | off | off | on | off | 8000 | on | on | off | off | 10000 | off | on | off | off | 20000 | on | off | off | off | 40000 | off | off | off | off |
電機型號或額定電流 | SW6 | 57HS20 | off | 57HS30 | on |
3.電機旋轉(zhuǎn)方向
電機旋轉(zhuǎn)方向 | SW5 | 順時針 | off | 逆時針 | on |
除了以上可以通過撥碼開關(guān)設定細分數(shù),后續(xù)根據(jù)特殊客戶要求,我們也可以提供特殊細分的驅(qū)動器。 五、驅(qū)動器參數(shù)設置HBS57的參數(shù)設置必須通過PC機的RS232串行通訊口,采用專用調(diào)試軟件完成參數(shù)設置, 驅(qū)動器內(nèi)部存有一套對應電機****的默認出廠配置參數(shù),用戶只須按照具體使用情況,調(diào)整撥碼開關(guān)選擇電機型號,并且根據(jù)使用要求設定驅(qū)動器細分數(shù)即可,具體調(diào)試情況請參看調(diào)試軟件的使用說明文檔。具體可調(diào)整參數(shù)及功能見下表: 參數(shù)符號 | 參數(shù)名稱 | 參數(shù)范圍 | 備注 | 電流KP | 電流環(huán)比例系數(shù) | 0~65535 | 出廠默認設置1500 | 電流KI | 電流環(huán)積分系數(shù) | 0~65535 | 出廠默認設置200 | 電流KC | 電流環(huán)飽和系數(shù) | 0~65535 | 僅用于出廠設置,禁止修改 | 勵磁KP | 勵磁環(huán)比例系數(shù) | 0~65535 | 出廠默認設置2500 | 勵磁KI | 勵磁環(huán)積分系數(shù) | 0~65535 | 僅用于出廠設置,禁止修改 | 勵磁KC | 勵磁環(huán)飽和系數(shù) | 0~65535 | 僅用于出廠設置,禁止修改 | 高速力矩系數(shù) | 高速力矩系數(shù) | 500~10000 | 出廠默認設置2000 | 高速阻尼最小值 | 高速電子阻尼最小值 | 0~1000 | 出廠默認設置900 | 2.電機型號選擇
電機型號或額定電流 | SW6 | 57HS20 | off | 57HS30 | on |
3.電機旋轉(zhuǎn)方向
電機旋轉(zhuǎn)方向 | SW5 | 順時針 | off | 逆時針 | on |
除了以上可以通過撥碼開關(guān)設定細分數(shù),后續(xù)根據(jù)特殊客戶要求,我們也可以提供特殊細分的驅(qū)動器。 五、驅(qū)動器參數(shù)設置HBS57的參數(shù)設置必須通過PC機的RS232串行通訊口,采用專用調(diào)試軟件完成參數(shù)設置, 驅(qū)動器內(nèi)部存有一套對應電機****的默認出廠配置參數(shù),用戶只須按照具體使用情況,調(diào)整撥碼開關(guān)選擇電機型號,并且根據(jù)使用要求設定驅(qū)動器細分數(shù)即可,具體調(diào)試情況請參看調(diào)試軟件的使用說明文檔。具體可調(diào)整參數(shù)及功能見下表: 參數(shù)符號 | 參數(shù)名稱 | 參數(shù)范圍 | 備注 | 電流KP | 電流環(huán)比例系數(shù) | 0~65535 | 出廠默認設置1500 | 電流KI | 電流環(huán)積分系數(shù) | 0~65535 | 出廠默認設置200 | 電流KC | 電流環(huán)飽和系數(shù) | 0~65535 | 僅用于出廠設置,禁止修改 | 勵磁KP | 勵磁環(huán)比例系數(shù) | 0~65535 | 出廠默認設置2500 | 勵磁KI | 勵磁環(huán)積分系數(shù) | 0~65535 | 僅用于出廠設置,禁止修改 | 勵磁KC | 勵磁環(huán)飽和系數(shù) | 0~65535 | 僅用于出廠設置,禁止修改 | 高速力矩系數(shù) | 高速力矩系數(shù) | 500~10000 | 出廠默認設置2000 | 高速阻尼最小值 | 高速電子阻尼最小值 | 0~1000 | 出廠默認設置900 |
高速阻尼****值 | 高速電子阻尼****值 | 500~10000 | 出廠默認設置4000 | 額定電流 | 毫安 | 1000~10000 | 出廠默認設置3000 | 細分步數(shù) | 細分數(shù) | 400~60000 | 出廠默認設置1000 | 脈沖指令模式 | 指令模式 | 0~3 | 默認設置 0 0~單脈沖;1~雙脈沖; 2~正交脈沖;3~內(nèi)部指令。 | 半流時間 | 毫秒 | 10~3000 | 出廠默認設置500 | 半流比例 | 半流比例%。 | 0~1000 | 出廠默認設置600 (60%) | 外部撥碼開關(guān)使能 | 外部撥碼開關(guān)設定使能 | 85或者255 | 出廠默認設置255 |
注意:驅(qū)動器出廠默認的電流環(huán)、位置環(huán)和速度環(huán)參數(shù)為配套電機的****參數(shù),客戶一般無需修改,只需要根據(jù)系統(tǒng)控制的需要選擇好電機細分數(shù)及額定電流數(shù)即可。 六、供電電源選擇電源電壓在DC16V-70V之間都可以正常工作,HBS57驅(qū)動器****采用非穩(wěn)壓型直流電源供電,也可以采用變壓器降壓后直接給驅(qū)動器供電。注意應使整流后電壓紋波峰值不超過 70V。建議用戶使用 24V-48V 直流開關(guān)電源供電,避免電網(wǎng)波動超過驅(qū)動器電壓工作范圍。 如果使用穩(wěn)壓型開關(guān)電源供電,應注意開關(guān)電源的輸出電流范圍需設成****。 請注意: 1)接線時要注意電源輸入跟電機相線切勿接錯; 2)****用非穩(wěn)壓型電源; 3)采用非穩(wěn)壓電源時,電源電流輸出能力應大于驅(qū)動器設定電流的60%即可; 4)采用穩(wěn)壓開關(guān)電源時,電源的輸出電流應大于或等于驅(qū)動器的工作電流; 5)為降低成本,兩三個驅(qū)動器可共用一個電源,但應保證電源功率足夠大。
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