[發明專利]兩相混合式步進電機閉環控制裝置及方法

在審

• 申請號: 201710265731.2
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107040178A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（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

技術領域

本發明涉及兩相混合式步進電機的控制領域，尤其涉及一種兩相混合式步進電機閉環控制裝置及方法。

背景技術

兩相混合式步進電機因其控制簡單、定位精確、成本低等優點而廣泛應用于工業和消費電子領域。步進電機的控制在傳統應用場合下大多以開環控制為主，其主要存在低頻振蕩、轉速不高、帶載能力差和失步等缺點。

目前，兩相混合式步進電機的控制主要采用細分控制技術，如專利文獻1(專利號為200910182227.1)、專利文獻2(專利號為201210395851.1)、專利文獻3(專利號為201110207943.8)、專利文獻4(專利號為201310352544.X)。該技術的主要缺點：1)、在兩相混合式步進電機出現堵轉時不能增大兩相混合式步進電機的輸出轉矩；2)、由于兩相混合式步進電機隨著細分數的增大而很難高速運行，其高速性能很差。目前的技術水平多適合與低速場合運行。隨著現代工業的高速發展，加上為了增加經濟效益而不斷的降低成本，人們對步進電機的應用場合提出了越來越高的要求，追求更高精度和動態響應以及提高高速帶載能力成為新的研究熱點。

因此，需要對現有技術進行改進。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高效的兩相混合式步進電機閉環控制裝置及方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種兩相混合式步進電機閉環控制裝置，包括與兩相混合式步進電機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、位置環比例調節器、第三減法器、速度環PI調節器、第一減法器、電流環第一PI調節器、Park逆變換器、空間電壓矢量PWM控制模塊、雙H橋逆變器、第二減法器、電流環第二PI調節器、微分裝置和Park變換器；其特征在于：所述兩相混合式步進電機通過內置的增量式光電編碼器輸出實時轉子位置θ到第四減法器、Park逆變換器、微分裝置和Park變換器；所述兩相混合式步進電機輸出兩相靜止坐標系下的電流ia和ib到Park變換器；

第四減法器根據參考位置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；

位置環比例調節器輸出參考速度ω_ref到第三減法器；

微分裝置輸出實時轉子速度ω到第三減法器；

第三減法器輸出速度偏差e_ω到速度環PI調節器；

速度環PI調節器輸出q軸參考電流iq_ref到第一減法器；

Park變換器輸出q軸實際電流iq到第一減法器；Park變換器輸出d軸實際電流id到第二減法器；

第一減法器輸出q軸實際電流偏差e_q到電流環第一PI調節器；

電流環第一PI調節器輸出q軸電壓u_q到Park逆變換器；

第二減法器根據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；

電流環第二PI調節器輸出d軸電壓u_d到Park逆變換器；

Park逆變換器輸出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；

空間電壓矢量PWM控制模塊輸出PWM波到雙H橋逆變器，再通過雙H橋逆變器控制兩相混合式步進電機運行。

作為對本發明所述的兩相混合式步進電機閉環控制裝置的改進：

所述空間電壓矢量PWM控制模塊輸出八路PWM波到雙H橋逆變器；

所述雙H橋逆變器包括第一功率開關管、第二功率開關管、第三功率開關管、第四功率開關管、第五功率開關管、第六功率開關管、第七功率開關管和第八功率開關管；

所述第一功率開關管與第五功率開關管連接構成第一橋臂，第二功率開關管與第六功率開關管連接構成第二橋臂，第一橋臂和第二橋臂構成一個H橋；所述第三功率開關管與第七功率開關管連接構成第三橋臂，第四功率開關管與第八功率開關管連接構成第四橋臂，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的繞組A的一端連接在第一功率開關管和第五功率開關管的接頭處，另一端連接在第二功率開關管和第六功率開關管的接頭處；所述兩相混合式步進電機的繞組B的一端連接在第三功率開關管和第七功率開關管的接頭處，另一端連接在第四功率開關管和第八功率開關管的接頭處。