[發(fā)明專利]兩相混合式步進電機閉環(huán)控制裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710265731.2
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107040178A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 魯文其;周延鎖;錢杰;紀科輝;汪全伍
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P27/08;H02P21/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司33212
• 代理人: 金祺

1.兩相混合式步進電機閉環(huán)控制裝置，包括與兩相混合式步進電機(15)相連接的閉環(huán)控制裝置；所述閉環(huán)控制裝置包括第四減法器(1)、位置環(huán)比例調節(jié)器(2)、第三減法器(3)、速度環(huán)PI調節(jié)器(4)、第一減法器(5)、電流環(huán)第一PI調節(jié)器(6)、Park逆變換器(7)、空間電壓矢量PWM控制模塊(8)、雙H橋逆變器(9)、第二減法器(10)、電流環(huán)第二PI調節(jié)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(huán)比例調節(jié)器(2)；

位置環(huán)比例調節(jié)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(huán)PI調節(jié)器(4)；

速度環(huán)PI調節(jié)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(huán)第一PI調節(jié)器(6)；

電流環(huán)第一PI調節(jié)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(huán)第二PI調節(jié)器(11)；

電流環(huán)第二PI調節(jié)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PWM控制模塊(8)；

空間電壓矢量PWM控制模塊(8)輸出PWM波到雙H橋逆變器(9)，再通過雙H橋逆變器(9)控制兩相混合式步進電機(15)運行。

2.根據權利要求1所述的兩相混合式步進電機閉環(huán)控制裝置，其特征在于：

所述雙H橋逆變器(9)包括第一功率開關管(16)、第二功率開關管(17)、第三功率開關管(18)、第四功率開關管(19)、第五功率開關管(20)、第六功率開關管(21)、第七功率開關管(22)和第八功率開關管(23)；

所述第一功率開關管(16)與第五功率開關管(20)連接構成第一橋臂，第二功率開關管(17)與第六功率開關管(21)連接構成第二橋臂，第一橋臂和第二橋臂構成一個H橋；所述第三功率開關管(18)與第七功率開關管(22)連接構成第三橋臂，第四功率開關管(19)與第八功率開關管(23)連接構成第四橋臂，第三橋臂和第四橋臂構成另一個H橋；

所述兩相混合式步進電機(15)的繞組A(24)的一端連接在第一功率開關管(16)和第五功率開關管(20)的接頭處，另一端連接在第二功率開關管(17)和第六功率開關管(21)的接頭處；所述兩相混合式步進電機(15)的繞組B(25)的一端連接在第三功率開關管(18)和第七功率開關管(22)的接頭處，另一端連接在第四功率開關管(19)和第八功率開關管(23)的接頭處。

3.利用如權利要求1或2所述兩相混合式步進電機閉環(huán)控制裝置進行兩相混合式步進電機閉環(huán)控制的方法，其特征在于：

所述空間電壓矢量PWM控制模塊(8)輸出八路PWM波到雙H橋逆變器(9)，雙H橋逆變器(9)的工作方式為對角同時導通上下橋互補導通，空間電壓矢量PWM控制模塊(8)的實現方法如下：

空間電壓矢量PWM控制模塊(8)按照雙H橋逆變器(9)的工作方式，形成四個非零基本空間電壓矢量U₁、U₂、U₃和U₄及零矢量U₀；所述四個非零基本空間電壓矢量U₁、U₂、U₃和U₄將矢量空間分成為第I扇區(qū)，第II扇區(qū)，第III扇區(qū)和第IV扇區(qū)四個扇區(qū)，每個扇區(qū)占有1/4個矢量空間，四個非零基本空間電壓矢量的幅值均為U_d，且相位相差

當參考矢量U_ref此時所處第I扇區(qū)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U₁和U₂的時間t₁和t₂分別為：

八路PWM波的每一路PWM波的周期都為Ts，U_d為接在雙H橋逆變器(9)上的直流電壓，Ts和U_d是人為設定的；

當參考矢量U_ref此時所處第II扇區(qū)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U₂和U₃的時間t₂和t₃分別為：

當參考矢量U_ref此時所處第III扇區(qū)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U₃和U₄的時間t₃和t₄分別為：

當參考矢量U_ref此時所處第IV扇區(qū)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U₄和U₁的時間t₄和t₁分別為：

空間電壓矢量PWM控制模塊(8)通過t₁、t₂、t₃和t₄計算參考矢量U_ref位于不同扇區(qū)時輸出的八路PWM波的占空比，從而空間電壓矢量PWM控制模塊(8)輸出相應的八路PWM波到雙H橋逆變器(9)。