两相式混合步进电机速度和位移控制案例设计

步进电机在电脉冲信号的控制下能实现一定的角位移或线位移,掌握步进电机的控制技术非常重要。以两相混合式步进电机为控制对象,以单片机AT89C52和可编程计数器/定时器8253为主对电机进行速度和位移控制设计,对某一具体案例采用Proteus软件进行设计与仿真,包括控制电路和程序的设计。仿真和实验结果表明:该系统结构简单、容易实现、成本低,可用于其他步进电机的控制,并为教学或工程应用提供了参考。

探测器阵列高精度二维标定平台控制系统设计

为了实现快速、高精度探测器阵列标定,对探测器阵列高精度二维标定平台控制系统进行了研究,设计了采用单片机控制步进电机加编码器的闭环位移控制系统。介绍了该平台的标定原理和硬、软件控制系统设计,并对控制PID算法进行了研究,最后搭建了标定系统对控制系统进行综合测试。实验结果表明该控制系统有良好的控制能力,平台在600 mm×600 mm的有效行程内定位精度可达-11~12μm,十次单点测试数据变异系数为0.13%,连续模式下平均测量误差为1.65%。该平台设计满足探测器阵列的标定要求,为探测器阵列标定提供了一种有效手段。

带LC滤波器的永磁同步电机多步模型预测电流控制

【目的】为提升永磁同步电机(PMSM)模型预测电流控制(MPCC)的控制性能,在PMSM与逆变器之间增加LC滤波器。【方法】建立带LC滤波器的三阶多步MPCC系统,对逆变器电流、电容电压及电机电流进行预测控制,并与一阶多步MPCC和磁场定向控制(FOC)进行仿真对比。【结果】仿真结果表明:在相同开关频率和预测步数下,相较于一阶MPCC,三阶MPCC下PMSM的转矩脉动和电流脉动明显减小,电流总谐波失真(THD)更低;对于三阶MPCC,随着预测步数的增加,电流THD、电流脉动和转矩脉动逐步减小。【结论】随着预测步数的增加,三阶MPCC系统的控制性能逐步提升;三阶MPCC的控制性能优于一阶MPCC;在较高开关频率处,四步至五步的三阶MPCC的控制性能优于FOC。

经皮穴位电刺激联合阶梯式运动想象疗法对脑卒中上肢和手功能的闭环康复疗效分析

目的探究经皮穴位电刺激联合阶梯式运动想象疗法对脑卒中患者上肢和手功能康复的疗效。方法选取2021年1月—2023年4月上海市静安区北部地区医疗服务共同体成员单位脑卒中患者80例随机分为试验组(n=40)和对照组(n=40)。两组患者均接受常规康复,试验组在此基础上接受基于“闭环康复”的经皮穴位电刺激联合阶梯式运动想象疗法,而对照组则接受经皮穴位电刺激治疗和注意力无效对照干预,总共干预4周。分别于治疗前后对两组患者进行Fugl-Meyer上肢运动功能评定量表(Fugl-Meyer assessment-upper extremities,FMA-UE)、积木盒障碍测试(boxing and blocking test,BBT)、改良Ashworth评分(modified Ashworth scale,MAS)和改良Barthel指数(modified Barthel index,MBI)的评定,并采用手心理旋转测试评价患者干预前的运动想象能力。结果试验组和对照组分别有35名和36名患者完成研究的所有干预和评定。治疗后两组FMA-UE、BBT、MBI评分均显著改善(t>3.545,P<0.001),试验组FMA-UE总分和近、远端子项目评分均显著优于对照组(t>2.187,P<0.05)。相关性分析显示试验组患者FMA-UE的远端子项目评分变化值与治疗前心理旋转反应时间呈负相关(r=-0.676,P<0.001)。结论经皮穴位电刺激治疗联合阶梯式运动想象疗法可有效改善脑卒中的上肢和手运动功能,其疗效与患者的基线运动想象能力有关。

智能雨水晾衣监测装置研究

智能雨水晾衣监测装置采用单片机作为主要控制芯片,由温湿度传感器、风速传感器、雨滴传感器、光敏传感器获取外界的信息。传感器所采集到空气温湿度、风力大小、光照强度以及是否正在下雨等信息,由单片机处理后对步进电机进行控制,实现防水布的伸出与收缩。装置可以选择自动避雨和手动避雨两种模式。设计电路采用仿真软件在电脑上进行仿真,极大地减少设计成本,直观地发现装置设计的缺点,也能更好地验证该装置的正确性。

基于非线性观测器的永磁同步电机位置估计算法研究

为提高表贴式永磁同步电机无位置传感器控制中转子位置和速度的估计精度,提出了一种改进型非线性观测器。通过重构非线性观测器的数学模型,构建了误差方程,利用Lyapunov理论对误差方程进行了稳定性分析。并基于稳定性条件提出了一种误差项步长优化方法,实现了非线性观测器的步长增益自调节。仿真与试验结果表明,改进型非线性观测器具有良好的动态性能,验证了其可行性。

基于流固耦合的固体发动机复合喷管烧蚀型面演变

由于材料烧蚀性能不同,固体火箭发动机复合喷管普遍存在烧蚀台阶,严重影响喷管结构完整性,降低喷管性能。为了预示固体火箭发动机复合结构喷管内不同热防护材料交接处的烧蚀台阶型面演变过程,建立了一种能反映喷管两相流环境下防热材料烧蚀过程的流固耦合计算方法。依据热化学烧蚀与粒子侵蚀机理,考虑瞬态计算中烧蚀型面的退移,模拟了石墨-高硅氧/酚醛复合喷管烧蚀型面演化过程,验证了计算方法的有效性。模拟得到的收敛段烧蚀台阶型面与实验结果吻合较好,扩张段台阶计算深度略低于实验值。仿真结果表明:收敛段受热化学烧蚀与粒子侵蚀共同作用,两种材料粒子侵蚀速率的差异可达0.36 mm/s,是收敛段烧蚀台阶形成的主要原因,扩张段烧蚀台阶的产生仅受热化学烧蚀的影响,交接处退移速率最大差值为0.044 mm/s;烧蚀台阶形成后,拐角处暴露的石墨材料会受到较强的粒子冲刷效应;喷管喉部前端的石墨材料因烧蚀型面变化,喷管实际喉部向出口移动1.96 mm。

特种车辆轮毂电机铁心损耗计算研究

铁心损耗在特种车辆轮毂电机损耗中占据较大比例,直接影响驱动系统的效率和温升。为准确计算铁心损耗,以一台额定功率70 kW的轮毂电机为研究对象,通过时步有限元分析得到定子铁心各个区域的磁密波形,并分别对径向磁密、切向磁密波形进行谐波分析,进而研究旋转磁化和谐波磁场对轮毂电机定子铁耗的影响。在进行磁密波形及其谐波分析后,采用3种铁耗计算方法分别计算轮毂电机定子铁耗,从轮毂电机效率及损耗试验数据中分离出定子铁耗值,并与不同方法的计算结果进行比对分析,结果表明同时考虑旋转磁化及谐波磁场影响的计算方法精度最高,其计算结果与试验值最相近,验证了计算方法的有效性。

基于STM32的全自动动平衡机控制系统设计

针对传统动平衡机功能单一、转速与位置控制和显示不灵活,以及特定微控制器无法二次开发的问题,提出以STM32单片机为控制器,结合步进电机、霍尔传感器、AD采集电路、HMI人机界面实现全自动动平衡机控制系统的软硬件设计。由HMI人机界面设置及显示状态参数,控制动平衡机的启停、加减速、转向调节及位置;通过细分设置步进电机驱动器实现被测转子的精确定位;实时显示被测转子转速、转向、驱动脉冲频率。试验证明,该控制系统控制方便,显示直观,工作稳定,测量不同转子灵活准确。

超强型齿层永磁混合式步进电机结构原理及性能分析

结合定子永磁混合式步进电机和超强型混合式步进电机结构及性能优点,提出一种仅在定转子齿层放置永磁磁条的超强型齿层永磁混合式步进电机,具有定转子结构简单、转矩和功率密度高、电磁场二维分布、设计分析计算方便等特点。针对电机结构特征、运行原理及转矩提升机制进行理论分析。基于归一化分析方法和二维有限元计算,探究齿高、齿宽、齿距、气隙等齿层参数变化对空载反电势、定位转矩、输出转矩、转矩脉动、保持转矩等电机性能的影响规律,提出该类电机齿层参数优化设计准则。将同规格定子轭部永磁混合式步进电机、定子齿层永磁混合式步进电机与所提出的超强型齿层永磁混合式步进电机进行性能比较研究,验证了理论分析的正确性及新型电机结构性能的优越性。

步进电机的单片机控制系统设计研究

在科技快速发展的背景下,现阶段应用的步进电机所配置的齿轮箱、直线运动执行装置等较为先进,能实现难度较大、复杂程度较高的线性运动,这使步进电机得到了广泛应用与快速发展。在步进电机控制系统中,单片机具有至关重要的作用,作为核心部件,其性能质量会对步进电机的整体性能质量造成直接影响。所以,为保证步进电机功能正常发挥,需要合理设计单机片控制系统。基于此,主要探究了步进电机的单片机控制系统设计,以期为相关人员提供参考。

基于单片机的直角坐标系按摩机器人设计

【目的】为了能提供多样化的按摩体验,并实现方便、快捷的效果,设计了基于单片机的直角坐标系按摩机器人。【方法】按摩机器人主要由机械臂、筋膜枪组成,将控制系统与单片机电路集成在一块控制板中,通过控制端或选择自动运行模式来控制按摩机器人的运行。【结果】通过控制板控制机械臂来带动筋膜枪运动,通过调节机械臂的力度和筋膜枪震动频率来实现放松肌肉和按摩等功能。【结论】基于单片机的直角坐标系按摩机器人设计对提高人们生活质量、促进健康产业的发展具有重要意义。

基于端电压尖峰的无刷直流电机无位置传感器换相控制策略

针对现有的换相误差补偿方法需要额外滤波电路和检测电路导致无传感器换相方法变得更加复杂的问题,提出一种端电压尖峰脉冲换相误差补偿方法,实现了对无刷直流电机无传感器换相误差的准确补偿。研究了抗干扰性强的端电压尖峰脉冲信号的变化特性,得出了端电压尖峰脉冲持续时间是随着换相误差单调变化的结论,并利用端电压尖峰脉冲设计了换相误差闭环控制方法。该方法无需额外的滤波电路和检测电路,简化了换相误差补偿方法的电路设计,并且具备良好的鲁棒性和准确性。搭建了仿真和实际实验平台,对比了补偿前后的换相误差,实验结果表明,所提出方法能够实现准确的换相误差补偿。仿真实验和实际实验中,换相误差分别被控制在了1.1个电角度范围内和4个电角度范围内。在速度调控实验中,补偿后的无传感器方法表现出了和霍尔传感器相似的动态特性。相比于现有方法,提出方法更适合无刷直流电机无传感器方法在高性能电机控制场景的应用。

基于COMSOL分析步进电动机故障的电流和磁场变化规律研究

步进电动机是电力系统稳定运行的关键设备之一,当步进电动机在运行过程中出现故障,将直接导致电力系统的停运,给电力企业带来经济损失,需要对步进电动机内部故障原因进行研究。通过COMSOL有限元分析及建模的方式,对步进电动机的失步故障和开路故障所引起的电场和磁场的变化展开了研究,分析了在5种不同频率下失步故障和开路故障所引起的电场和磁场的变化规律,以提高对步进电动机故障诊断的效率。

起发一体式无刷直流电机控制器设计

基于无刷直流电机的数学模型,文章分别分析了控制及发电策略,在起动过程采用三相全桥逆变电路拓扑结构及六步换相控制策略;在发电部分采用二极管整流和BUCK稳压电路串联的电路拓扑结构,将电源管理芯片UC3843作为BUCK电路控制器件,完成了系统架构设计,具有一定的参考意义。

Contribution to the Full 3D Finite Element Modelling of a Hybrid Stepping Motor with and without Current in the Coils

The paper presents our contribution to the full 3D finite element modelling of a hybrid stepping motor using COMSOL Multiphysics software. This type of four-phase motor has a permanent magnet interposed between the two identical and coaxial half stators. The calculation of the field with or without current in the windings (respectively with or without permanent magnet) is done using a mixed formulation with strong coupling. In addition, the local high saturation of the ferromagnetic material and the radial and axial components of the magnetic flux are taken into account. The results obtained make it possible to clearly observe, as a function of the intensity of the bus current or the remanent induction, the saturation zones, the lines, the orientations and the magnetic flux densities. 3D finite element modelling provide more accurate numerical data on the magnetic field through multiphysics analysis. This analysis considers the actual operating conditions and leads to the design of an optimized machine structure, with or without current in the windings and/or permanent magnet.

基于EtherCAT六轴控制系统的S型曲线算法研究

工业自动化中,传统通信总线在通信速率低和网络拓扑结构固化等方面存在局限性,难以满足对实时响应和灵活配置的需求。EtherCAT总线具有实时性和灵活性高的特点,可以提升系统的整体性能和可靠性。基于EtherCAT总线的六轴步进电机控制系统不仅确保了电机之间的实时通信,还通过引入S型曲线算法,大幅提升了电机运行的平稳性和可靠性。这种结合EtherCAT总线和S型曲线算法的方式实现了灵活、平稳、可靠的电机运动控制。

改进的永磁同步电机无差拍电流预测控制

针对模型预测控制中由电机参数误差引起的控制性能下降问题,提出一种根据不同参数对电机的影响大小而分步辨识的策略。在电机稳态时利用模型参考自适应控制辨识电感和磁链,再辨识定子电阻。仿真结果表明,该方法可以准确辨识出电机的多个参数,保证了模型预测控制的控制性能不会因参数变化而下降。

慢行交通模型框架研究——以北京东坝北西区为例

针对既有交通模型主要对中长出行距离的机动化出行进行建模,缺乏对慢行交通行为建模,无法满足慢行示范区慢行需求预测。本文梳理了各种慢行交通方式的出行特征,将研究区域划分为低碳示范区内外两类空间单元,低碳示范区内空间单元细分为地块颗粒度,示范区外保持原交通小区颗粒度。基于北京综合交通大调查数据,采用多元回归和重力模型分别构建示范区内外的出行生成和分布模型。依据慢行距离转移曲线确定各慢行方式分担率,再利用logit模型得到剩余方式分担率,根据测试场景下慢行设施设置情况确定路网成本并采用CUBE软件进行示范区内慢行需求交通分配。对北京市东坝北西区远期慢行交通需求进行预测。结果表明,本文构建慢行交通模型框架可对示范区内慢行需求预测,模型结果可支撑区域内慢行设施有无对目的地的可达性分析,助力绿色低碳慢行示范区慢行交通规划建设。

七步循环站立平衡训练联合Soundsory认知训练对脑卒中病人的影响

目的:探讨七步循环站立平衡训练联合Soundsory认知训练对脑卒中病人运动、认知功能的影响。方法:选取2022年2月—2023年2月河北省保定泰和康复医院存在认知障碍的脑卒中偏瘫康复期病人80例作为研究对象,采用随机数字表法将病人分为对照组和试验组,每组40例。对照组给予常规物理疗法、作业疗法等康复疗法,试验组在对照组基础上应用七步循环站立平衡训练联合Soundsory认知训练进行干预。于干预前、干预2周后、干预4周后分别对两组病人进行运动、认知功能测试。结果:重复测量方差分析结果显示,干预因素和时间因素在“站起-走”计时活动能力测试(TUGT)用时的主效应显著(F组间=8.560,F时间=380.633,均P<0.05);两组TUGT用时在干预因素和时间因素之间存在交互作用(F交互=41.949,P<0.05);干预2周后、干预4周后,试验组用时均少于对照组(P<0.05)。洛文斯顿作业疗法用认知评定成套测验(LOTCA)总分的重复测量方差分析结果显示,干预因素和时间因素在LOTCA总分水平的主效应显著(F组间=12.066,F时间=442.491,均P<0.05);两组LOTCA总分在干预因素和时间因素之间存在交互作用(F交互=128.475,P<0.05);干预2周后,试验组定向力、视运动组织、思维运作3个维度评分及总分均高于对照组(均P<0.05);干预4周后,试验组定向力、知觉、视运动组织、思维运作4个维度评分及总分均高于对照组(均P<0.05)。结论:七步循环站立平衡训练联合Soundsory认知训练可改善脑卒中病人运动功能、认知功能。