[發明專利]基于三相逆變器的兩相步進電機閉環驅動裝置及方法

在審

• 申請號: 201710265388.1
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107070326A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 魯文其;王秀鋒;張禎毅;紀科輝;汪全伍
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H02P8/00
• 分類號: H02P8/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司33212
• 代理人: 金祺

1.基于三相逆變器的兩相步進電機閉環驅動裝置，包括與兩相混合式步進電機(15)相連接的閉環控制裝置；所述閉環控制裝置包括第四減法器(1)、位置環比例調節器(2)、第三減法器(3)、速度環PI調節器(4)、第一減法器(5)、電流環第一PI調節器(6)、Park逆變換器(7)、空間電壓矢量SVPWM控制模塊(8)、三相逆變器(9)、第二減法器(10)、電流環第二PI調節器(11)、微分裝置(12)和Park變換器(13)；其特征在于：所述兩相混合式步進電機(15)通過內置的增量式光電編碼器(14)輸出實時轉子位置θ到第四減法器(1)、Park逆變換器(7)、微分裝置(12)和Park變換器(13)；所述兩相混合式步進電機(15)輸出兩相靜止坐標系下的電流ia和ib到Park變換器(13)；

第四減法器(1)根據參考位置θ_ref和實時轉子位置θ輸出位置偏差e_θ到位置環比例調節器(2)；

位置環比例調節器(2)輸出參考速度ω_ref到第三減法器(3)；

微分裝置(12)輸出實時轉子速度ω到第三減法器(3)；

第三減法器(3)輸出速度偏差e_ω到速度環PI調節器(4)；

速度環PI調節器(4)輸出q軸參考電流iq_ref到第一減法器(5)；

Park變換器(13)輸出q軸實際電流iq到第一減法器(5)；Park變換器(13)輸出d軸實際電流id到第二減法器(10)；

第一減法器(5)輸出q軸實際電流偏差e_q到電流環第一PI調節器(6)；

電流環第一PI調節器(6)輸出q軸電壓u_q到Park逆變換器(7)；

第二減法器(10)根據d軸參考電流id_ref和d軸實際電流id輸出d軸實際電流偏差e_d到電流環第二PI調節器(11)；

電流環第二PI調節器(11)輸出d軸電壓u_d到Park逆變換器(7)；

Park逆變換器(7)輸出α軸電壓u_α和β軸電壓u_β到空間電壓矢量SVPWM控制模塊(8)；

空間電壓矢量SVPWM控制模塊(8)輸出PWM波到三相逆變器(9)，再通過三相逆變器(9)控制兩相混合式步進電機(15)運行。

2.根據權利要求1所述的基于三相逆變器的兩相步進電機閉環驅動裝置，其特征在于：

所述空間電壓矢量SVPWM控制模塊(8)輸出六路PWM波到三相逆變器(9)；

所述三相逆變器(9)包括包括第1半橋的上橋臂功率開關管(16)、第1半橋的下橋臂功率開關管(17)、第2半橋的上橋臂功率開關管(18)、第2半橋的下橋臂功率開關管(19)、第3半橋的上橋臂功率開關管(20)、第3個半橋的下橋臂功率開關管(21)；

所述第1個半橋的上橋臂功率開關管(16)與第1個半橋的下橋臂功率開關管(17)連接構成第一橋臂，第2個半橋的上橋臂功率開關管(18)與第2個半橋的下橋臂功率開關管(19)連接構成第二橋臂，第3個半橋的上橋臂功率開關管(20)與第3個半橋的下橋臂功率開關管(21)連接構成第三橋臂；

所述兩相混合式步進電機(15)的繞組A(22)的一端連接在第1個半橋的上橋臂功率開關管(16)和第1個半橋的下橋臂功率開關管(17)的接頭處，另一端連接在第2個半橋的上橋臂功率開關管(18)和第2個半橋的下橋臂功率開關管(19)的接頭處；所述兩相混合式步進電機(15)的繞組B(23)的一端連接在第2個半橋的上橋臂功率開關管(18)和第2個半橋的下橋臂功率開關管(19)的接頭處，另一端連接在第3個半橋的上橋臂功率開關管(20)和第3個半橋的下橋臂功率開關管(21)的接頭處。

3.利用如權利要求1或2所述基于三相逆變器的兩相步進電機閉環驅動裝置進行兩相步進電機閉環驅動裝置的方法，其特征在于：

所述空間電壓矢量SVPWM控制模塊(8)根據第1半橋的上橋臂功率開關管(16)、第1半橋的下橋臂功率開關管(17)、第2半橋的上橋臂功率開關管(18)、第2半橋的下橋臂功率開關管(19)、第3半橋的上橋臂功率開關管(20)和第3個半橋的下橋臂功率開關管(21)的導通和關斷的不同組合，形成八種工作狀態，從而構成了八個空間矢量，其中包括六個非零矢量v₁、v₂、v₃、v₄、v₅和v₆及兩個零矢量v₀和v₇，六個非零矢量將整個矢量空間分成了第I扇區，第II扇區，第III扇區，第IV扇區，第V扇區和第VI扇區六個扇區；

當參考矢量u_ref此時所處第I扇區時，參考矢量u_ref等效作用于相鄰的非零基本空間電壓矢量V₁和V₂的時間t₁和t₂分別為：

t1=(Uα-Uβ)Tsudc,t2=UβTsudc]]>

六路PWM波的每一路PWM波的周期都為Ts，u_dc為接在三相逆變器(9)上的直流電壓，Ts和u_dc是人為設定的；U_α和U_β為參考矢量u_ref在α和β坐標系上的電壓，即為α軸電壓u_α和β軸電壓u_β；

當參考矢量u_ref此時所處第II扇區時，參考矢量u_ref等效作用于相鄰的非零基本空間電壓矢量v₂和v₃的時間t₂和t₃分別為：

t2=UαTsudc,t3=(Uβ-Uα)Tsudc]]>

當參考矢量u_ref此時所處第III扇區時，參考矢量u_ref等效作用于相鄰的非零基本空間電壓矢量v₃和v₄的時間t₃和t₄分別為：

t3=UβTsudc,t4=-UαTsudc]]>

當參考矢量u_ref此時所處第IV扇區時，參考矢量u_ref等效作用于相鄰的非零基本空間電壓矢量v₄和v₅的時間t₄和t₅分別為：

t4=(Uβ-Uα)Tsudc,t5=-UβTsudc]]>

當參考矢量u_ref此時所處第V扇區時，參考矢量u_ref等效作用于相鄰的非零基本空間電壓矢量v₅和v₆的時間t₅和t₆分別為：

t5=-UαTsudc,t6=(Uα-Uβ)Tsudc]]>

當參考矢量u_ref此時所處第VI扇區時，參考矢量u_ref等效作用于相鄰的非零基本空間電壓矢量v₆和v₁的時間t₆和t₁分別為：

t6=-UβTsudc,t1=UαTsudc]]>

空間電壓矢量SVPWM控制模塊(8)通過t₁、t₂、t₃、t₄、t₅和t₆計算參考矢量u_ref位于不同扇區時輸出的六路PWM波的占空比，從而空間電壓矢量SVPWM控制模塊(8)輸出相應的六路PWM波到三相逆變器(9)。