兩相混合式步進(jìn)電機(jī)高性能閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究.pdf

1、兩相混合式步進(jìn)電機(jī)因其控制簡(jiǎn)單、定位精確、成本低等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)的控制在傳統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合下大多以開環(huán)控制為主，其主要存在低頻振蕩、轉(zhuǎn)速不高、帶載能力差、失步等缺點(diǎn)。近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的不斷發(fā)展，人們對(duì)步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合提出了越來越高的要求，追求更高精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及提高高速帶載能力成為新的研究熱點(diǎn)。因此深入研究步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)以提高其控制性能具有實(shí)際的工程意義和理論意義。
　　首先，本文在深入研究步

2、進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理和永磁交流伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制機(jī)理的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了其在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，確定了閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理框圖;通過分析雙H橋逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種上下橋臂互補(bǔ)導(dǎo)通、對(duì)角橋臂同時(shí)導(dǎo)通的控制方式，并基于此借鑒了三相空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)方式，重新推導(dǎo)了基于雙H橋逆變器的空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，同時(shí)設(shè)計(jì)了積分分離PI調(diào)節(jié)器，引入了以電流環(huán)/速度環(huán)為內(nèi)環(huán)和位置環(huán)為外環(huán)的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，最終形成兩相混合式步進(jìn)電機(jī)高性能閉環(huán)

3、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
　　其次，為了驗(yàn)證方案的可行性。基于Matlab/Simulink建立了閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真模型，該仿真模型中包括積分分離PI調(diào)節(jié)器模型、電機(jī)模型、Park變換及其反變換、SVPWM模型等模型，其中SVPWM模型和積分分離PI調(diào)節(jié)器模型主要采用的是M語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的;并同時(shí)從多個(gè)方面對(duì)該系統(tǒng)模型進(jìn)行了仿真分析，最終論證了本文設(shè)計(jì)方案的可行性。
　　然后，結(jié)合本文控制算法設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件。該硬件包括控制核心及其外圍電路

4、、雙H橋逆變電路、PWM隔離驅(qū)動(dòng)電路、電流采樣和過流保護(hù)電路、外部信號(hào)輸入輸出電路和通訊電路等電路，其中控制核心采取的是TI公司生產(chǎn)的DSP芯片。同時(shí)，因電路安全的重要性，基于仿真軟件multisim對(duì)電流采樣和過流保護(hù)電路進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明其能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)功能。
　　最后，以模塊化的思想利用C語(yǔ)言編寫了兩相混合式步進(jìn)電機(jī)高性能閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制程序，其中包括了轉(zhuǎn)子初始定位程序、電流的模數(shù)轉(zhuǎn)換程序、SVPWM算法程序、積分分離PI程