基于主动式阻尼的混合式步进电机转速振荡抑制控制

混合式步进电机因其特殊的机械结构导致自身阻尼极小,在实际运行过程中会发生振荡过大,甚至失步的问题。为提高混合式步进电机的控制品质,提出一种基于主动式阻尼的步进电机转速振荡抑制方法。首先,将电机模型转化至同步旋转dq坐标系,将电流i_d控制恒为额定电流,利用位置误差和速度误差调节电流i_q生成瞬时转矩,抑制电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现电机闭环反馈控制,提出一种将同步频率提取滤波器(SFF)与三阶锁相环(PLL~3rd)相结合的无传感器控制方法。SFF可以滤除反电动势信号中的高次谐波,PLL~3rd能消除转速变化过程中的稳态误差。实验证明,该方法有效抑制了步进电机运行过程中的振荡现象,提升了电机的运行品质。

基于ESMO-DPLL的混合式步进电机主动式阻尼控制

针对混合式步进电机阻尼系数较小引起的振荡以及失步问题,提出一种主动式阻尼闭环控制方法提高步进电机的控制品质。首先,该方法基于同步旋转dq坐标系下的电机模型,将电流id控制恒为额定电流,利用转速误差调节电流iq生成瞬时转矩,改善电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现转速闭环,提出一种扩展滑模反电动势观测器(ESMO)与双锁相环(DPLL)相结合的无传感器控制方法,ESMO改善了传统滑模观测器的抖振问题,DPLL能消除加减速过程中的稳态误差。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

混合式步进电机空间矢量PWM逆变器死区补偿策略

针对步进电机传统开环控制运行效果欠佳的问题,结合矢量控制算法对两相混合式步进电机进行控制,通过逆变器产生正弦波电流对电机进行驱动。由于步进电机气隙磁场畸变和PWM逆变器的死区效应,使步进电机的运行电流掺杂大量谐波,低速工作时尤为严重。为了改善电机低速运行性能、抑制谐波干扰,结合混合式步进电机矢量控制的电流环进行优化,通过自适应线性神经网络(ADALINE)算法将谐波进行提取与抑制,然后进行电流方向判断,对逆变器的输出进行补偿。实验证明,所提出的补偿策略能够有效抑制两相PWM逆变器的电流谐波,改善波形、降低电机低速运行的转矩脉动。

基于IHF-PLL^(3)rd的混合式步进电机主动式阻尼控制

混合式步进电机本身阻尼极小,在实际运行过程中经常会发生振荡过大、甚至失步的问题。为提高步进电机的控制品质,提出一种基于三阶锁相环(third-orderphaselocked loop,PLL^(3)rd)-积分谐波滤波器(integral harmonic filter,IHF)的步进电机主动式阻尼控制方法。首先,主动式阻尼控制是利用同步d-q坐标系调节定子电流,其中控制id恒定为额定电流,调节iq生成瞬时转矩以抑制振荡。其次,为实现转速闭环达到增加电机阻尼的目的,提出一种PLL^(3)rd与IHF相结合的转速观测方法。其中,PLL^(3)rd可消除电机加减速过程中的稳态误差,而IHF可以有效滤除电机反电势中的高次谐波分量,该方法解决了传统微步控制中只减小了振荡幅度但是没有改变控制系统阻尼大小的问题。最后,通过实验验证所提方案的有效性。

混合式步进电机细分驱动原理分析

针对一些电机方面书籍描述混合式步进电机细分驱动原理中存在的问题,通过磁动势计算分析,得出混合式步进电机的阶梯波电流细分驱动不是一些书籍上描述的等幅匀速旋转磁场。提出按正弦波规律采样的细分驱动可以得到等幅匀速的旋转磁场,指出步进电机细分驱动的本质原理是来源于交流电机的原理,空间完全对称且绕组参数都相同的交流电机绕组,通过时间相位差和其余参数都相等的正弦波电流驱动时,其合成磁场是一个圆形旋转磁场。

高精度二相混合式步进电机控制系统研究

在二相混合式步进电机数学模型的基础上,针对电机低速运行时的振动和噪声过大的问题,研究了正弦脉宽调制细分驱动技术,开发出一种新型的基于单片机的多细分二相混合式步进电机驱动器。该系统主要分为数字控制部分、GAL片逻辑综合信号处理单元、SG3525恒流控制电路、驱动功放电路、过流保护及反馈电路和系统供电电源模块等。系统采用专用集成芯片和可编程逻辑器件,以8位单片机AT89C2051为控制核心,实现恒流控制、正/反转运行、过流保护和多档位细分等功能。实验结果表明,系统硬件和软件设计合理可行,各项技术指标均达到了设计要求。

混合式步进电机驱动系统的统一状态方程

将混合式步进电机当作隐极同步电机，建立步进电机驱动系统（包括电机、功放电路、Ｂｕｃｋ变换器）的统一状态方程，讨论了状态方程的求解问题。对稳态运行时驱动器输出电压、电感电流、电机绕组电流等作了仿真计算，并经实验校核证明了整个系统数学模型、仿真计算方法的准确性。同时用求解状态方程的方法计算了驱动系统的电磁谐振频率。

四自由度机械手多细分步进电机驱动器的设计

为了使两相混合式步进电机能在低速运行平稳,在高速运行转矩恒定,设计了一种以STM32F103为核心的步进电机多细分驱动系统.根据分析电流矢量多细分控制方式与步进电机电流环的PI控制方式,制定硬件和软件设计方案.该系统采用RS485总线与上位机通信,实现了恒流控制、正反转运行和多档细分的功能,使得步进电机在低速平稳运行,在高速时恒转矩运行.文中给出了测试结果,并对所测波形进行分析.实验结果表明系统设计合理可靠.

基于单片机的步进电机细分驱动器设计

在对步进电机细分驱动技术和控制环节研究的基础上,提出了基于电流矢量恒幅均匀旋转和电流追踪型脉宽调制技术,实现三相混合式步进电机细分驱动器设计。对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细介绍,通过试验对该系统的可靠性和步进精度进行了测试。试验结果表明该系统能够满足用户的定位精度要求,有效抑制了运行噪声和机械振动。同时由于该系统实现了恒力矩细分驱动,从而提高了系统的可靠性,降低了成本,具有较强的实用性。

混合式直线步进电动机控制技术

介绍了一种航空放油阀用混合式直线步进电动机驱动控制系统。分析了电机的工作原理,并对电机的末端冲击、平稳运行等关键技术进行了研究,给出了单片机及其细分控制电路和末端降速控制方法。试验结果表明:该电机可作为直线阀门的直接驱动部件。

混合式步进电机稳态运行时瞬时转矩的研究

利用混合式步进电机齿层比磁导动态仿真模型对一台五相混合式步进电机的瞬时转矩进行了仿真计算，分析了不同负载情况下瞬时转矩的变化规律，以及系统磁场储能的变化对瞬时转矩的影响。研究表明，步进电机中系统磁场储能的变化对瞬时转矩的影响较小，转矩波动主要是由输入电机的电功率的波动决定的，减小电机转矩脉动最有效的途径在于优化电机的驱动方式。

混合式步进电机稳态运行时齿层磁导波的研究

利用混合式步进电机的非线性稳态仿真程序计算出电机稳态运行时齿层磁导波的波形,分析了电机磁路饱和效应对齿层磁导的影响,讨论了齿层磁导波与步进电机同步转矩之间的关系,并从改善齿层磁导波的角度研究了步进电机齿层参数的合理取值问题。

轴向分相混合式永磁步进电动机自定位力矩设计

研究轴向分相混合式永磁步进电动机自定位力矩的设计,并提出在定子参数、转子齿形参数和磁钢参数一定的情况下通过调整转子铁心长度进行自定位力矩设计的方法。通过实例样机表明,该设计为轴向分相混合步进电动机的研制提供了重要依据。

轴向分相感应子式永磁步进电动机

叙述了轴向分相感应子式永磁步进电动机的结构及其运行原理。其突出的优点是步距角小、驱动惯性负载能力强、自定位力矩大、可靠性高、结构工艺性好。

两相混合式步进电动机细分复合控制器设计

详细介绍了一种利用CPLD将细分、输入控制信号解码、电流补偿和恒流控制等功能集成在一片芯片中实现两相混合式步进电动机细分复合控制器。该方案大大简化了细分驱动电路的实现,降低了成本,同时也具有更高的灵活性。

基于SPC1068的步进电动机可控转矩矢量控制

步进电动机在运行过程中存在低频振荡和失步现象。以SPC1068作为主控芯片,将两相混合式步进电动机转矩作为可控变量,通过计算获得达到预期转矩的最优交、直电流,进行矢量控制和PWM控制,向电机绕组施加控制电压。通过增量式旋转编码器,将转子位置实时反馈给主控芯片,实现对电机转矩、电流的双闭环控制。仿真结果证明,通过对电机转矩进行有效控制,能保持电机运行状态稳定,有效抑制电机低频振荡、失步堵转的现象。

混合式步进电动机CAD系统设计研究

将混合式步进电机的电磁计算和设计过程综合研究,采用C++Builder6.0这一功能强大的编译器,开发出基于Windows98/me/2000/xp操作平台下的混合式步进电机的CAD软件。软件系统输入方便,人机界面友好,通用性强,不仅适合混合式步进电动机电磁设计,也可用于派生电机的设计。

步进电动机细分电流的优化控制

依据混合式步进电机的细分电流控制原理,针对细分控制中的缺陷,分析出步进电机高速运转时电流不能快速达到稳定状态是影响系统动态性能的主要原因,提出一种闭环的优化细分控制方法。实验验证,这种方法有效地提高了系统性能。

混合式步进电动机结构参数智能协同优化

为了探究混合式步进电动机关键结构参数对其静态转矩的影响规律,找寻最优设计方案,提出一种基于正交试验、反向传播(Back Propagation,BP)神经网络和遗传算法的智能协同优化方法。通过对电机的磁路分析与ANSYS Maxwell-3D有限元仿真,讨论了电机结构和运行参数对输出转矩的影响,并据此对电机的气隙g、齿宽比bt/t、齿高ht和转子壁厚hr进行协同优化,采用电机的最大静转矩Tm作为优化目标,运用智能协同优化方法得到最优解,并对优化结果进行有限元验证。结果表明:优化结果与仿真结果相近,最大静态转矩相对误差为4.8%,最优结构参数为:g=0.1 mm,bt/t=0.37,ht=0.84 mm,hr=2.5 mm。

步进电动机控制系统上位机程序设计

从整体上简要介绍了步进电动机控制系统的结构及功能特点;详细介绍了上位机软件的功能及实现方法。所设计的控制程序具有友好的人机交互特性,可设定多种运行模式,可实时显示系统运行状态,且可应用于需要复杂控制算法及控制功能的使用场合。