臺灣博碩士論文加值系統

步進馬達在精密定位應用時會因為需求而採用非同一家製造商所生產之步進馬達以及步進驅動器。當步進馬達操作於細分割定位時，定位之準確度會因為驅動器電流控制的適切與否而有不同的定位誤差。本文針對兩相與五相步進馬達，以不同製造商之步進馬達與步進馬達驅動器連結，利用PLC控制器產生各型態之步進信號，並以精密的角度計量測步進角，得到各組合之定位誤差，以說明在應用步進馬達進行定位驅動應用時，需要特別的考量驅動器電流控制的準確度，以及馬達暨其驅動器搭配之匹配度，以得到良好的定位性能，降低定位誤差。

This thesis studies the positioning accuracy and its corresponding current control about two-phase and five-phase stepping motors driven respectively by different manufacturer’s motor drivers. The positioning accuracy is analyzed under those stepping types of full-stepping, half-stepping and micro-stepping. The lab is based on a command generator of programmable logic controller (PLC), and the motor’s displacements of variety stepping commands (full-stepping, half-stepping and micro-stepping) are captured by HEIDENHAIN recorder to accumulate the stepping pulses (generated by encoder) to show the positioning accuracy of stepping motors and drivers. Furthermore, the accuracy of current control under different stepping is also shown to prove the validness of the positioning analysis related to the current control. And finally, the dynamic responses of stepping motor under continuous running are shown to demonstrate the performance of current control strategies.

摘要 I
ABSTRACT II
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究動機與方法 5
1.4 論文架構 6
第二章 步進電動機與定位系統 7
2.1 步進電動機 7
2.1.1 步進電動機選用之探討 7
2.1.2 步進馬達激磁(分割)方式 12
2.2 步進驅動器 14
2.2.1 步級角 15
2.2.2 精度 15
2.2.3 轉動速度 15
2.2.4 轉矩 15
2.2.5 負荷慣性慣量 15
2.2.6 步進驅動器 15
2.2.7 搭配減速機 16
2.3 步進馬達角度定位準確度探討 16
2.4 實驗設備說明 17
第三章 定位準確度與實驗方法之分析 22
3.1 步進馬達角度定位準確度研究方法 22
3.2 實驗系統架構 23
3.3 實驗量測方法 24
3.4 定位準確度之分析 24
第四章 電流控制實驗結果與討論 43
4.1 電流分配之量測與分析說明 43
4.1.1 實驗目的 43
4.1.2 實驗方法 43
4.2 電流靜態實驗 44
4.2.1 兩相步進驅動靜態電流實驗 46
4.2.2 G牌步進驅動器搭配G牌兩相步進馬達靜態電流實驗 48
4.2.3 H牌步進驅動器搭配G牌兩相步進馬達靜態電流實驗 60
4.3 動態電流實驗 73
4.3.1 G牌步進驅動器搭配G牌兩相步進馬達全步進動態實驗 73
4.3.2 H牌步進驅動器搭配G牌兩相步進馬達全步進動態實驗 75
4.4電流控制實驗結果與討論 78
第五章 結論與未來研究方向 80
5.1 結論 80
5.2 未來研究方向展望 82
參考文獻 83

[1] 施松村，“微精密型螺桿傳動式步進馬達的開發”，行政院國家科學委員會專題研究計畫年度報告， NSC 92-2212-E-230-002，93年7月。
[2] 關於步進馬達之探討， http://www.dianzishijia.com/。
[3] 許溢适編譯，“控制用電動機技術活用手冊”，明昇電機實業，2008年。
[4] 戴勝淵，“三軸雕刻機驅動控制系統設計與研製”，國立勤益科技大學電機工程系碩士論文，99年8月。
[5] 鄭清木，“轉盤式負載機構用之定位馬達研究”，中原大學電機工程系碩士學位技術報告，2004年。
[6] 蔡守亮，“應用步進馬達於三軸運動平台之驅動器硬體電路設計與實現”，國立勤益科技大學電機工程系碩士論文，102年8月。
[7] 陳敬樑，“步進馬達激磁電流控制策略之研究與實作”， 國立清華大學動力機械工程系碩士論文，1999年。
[8] 陳連春，“步進馬達原理與活用要訣”，建興圖書公司，89年6月。
[9] 嚴瑞雄，“台灣工具機產業發展概述”，中工高雄會刊，18卷第4期，pp. 85-88，2011年。
[10] 屈岳陵，“滾珠螺桿原理簡介與發展＂，機械月刊，pp. 232-237，民國90年2月。
[11] 張尚文，“隨機脈波寬調變技術在微步進馬達控制之研究”，國立成功大學電機所碩士論文，2012年。
[12] 林輝源，“步進馬達微步驅動之研究”，國立成功大學電機所碩士論文，1988年。
[13] 黎慧玉、邱榮輝，“光學尺解析刻度細分割方法與實現”，技術學刊 Journal of Technology, Vol. 13, No. 1, pp. 95-102，1998年。
[14] 廖聰明，“開關式磁阻馬達之先進轉換器及驅動控制技術開發”，行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告，2005年。
[15] 宋揚曙，“電工機械”，全華科技圖書公司，1990年。
[16] 鄭敦華，“線性馬達驅動之線切割放電加工機精密運動控制”，華梵大學機電工程系碩士論文，民國93年6月。
[17] S. T. Shih, “The Design of Micro-Precision Stepping Motor”. The 1st International Meeting on Microsensors and Microsystems (IMU2), Tainan Taiwan, p.51, 12-14 Jan., 2003.
[18] 關於步進馬達控制與步進驅動器激磁線圈控制順序流程之探討， http://s07368.myweb.hinet.net/circuitry7.htm。
[19] 厚利股份有限公司，“步進馬達種類構造”，2013年。
[20] 谷腰欣司原著，鄭振東譯者，“馬達應用電路101選”，建興圖書公司，1992年。
[21] 關於步進電動機之探討，https:// zh.wikipedia.org/zh-tw/。