[發(fā)明專利]一種連續(xù)區(qū)間變加減速步進(jìn)電機(jī)速度控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710343244.3
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN107070328B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉磊;江升;胡德信;韓順利;韓強(qiáng);張冰;呂子敬;劉加慶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所
• 主分類號(hào): H02P8/14
• 分類號(hào): H02P8/14
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種連續(xù)區(qū)間變加速步進(jìn)電機(jī)速度控制方法及系統(tǒng)，基于系統(tǒng)時(shí)鐘分頻數(shù)控制的步進(jìn)電機(jī)變加減速，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻速率進(jìn)行下一時(shí)刻點(diǎn)速率計(jì)算的離散化處理方式以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)，使得步進(jìn)電機(jī)在不同的恒速階段下有不同的加速度，本發(fā)明最大限度的模擬連續(xù)變加減速的控制方式，實(shí)現(xiàn)變臺(tái)階加速過程，解決了現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)加減速方案的常見堵轉(zhuǎn)、失步和超步問題，實(shí)現(xiàn)了減小超調(diào)量的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種連續(xù)區(qū)間變加速步進(jìn)電機(jī)速度控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在啟動(dòng)或加速時(shí)如果步進(jìn)脈沖變化太快，轉(zhuǎn)子由于慣性而跟隨不上電信號(hào)的變化，產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)或失步；在停止或減速時(shí)由于同樣原因則可能產(chǎn)生超步。為防止堵轉(zhuǎn)、失步和超步，提高工作頻率，要對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行升降速控制。

目前較為常見的有斬波恒流驅(qū)動(dòng)、脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)、電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)，這些驅(qū)動(dòng)技術(shù)雖能滿足特定場合的技術(shù)要求，但缺乏一定的靈活性。目前步進(jìn)電機(jī)加減速的控制技術(shù)及缺點(diǎn)詳細(xì)介紹如下：

(1)階梯型加減速

將步進(jìn)電機(jī)的升降過程離散為一個(gè)不連續(xù)的區(qū)間，控制器件所發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖受階梯函數(shù)的控制，即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速每躍升1個(gè)臺(tái)階后，恒速運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，通過回饋機(jī)制比較當(dāng)前速度與目標(biāo)速度是否一致，若不一致則相應(yīng)的加或減一個(gè)脈沖檔位。這種方法的缺點(diǎn)是未充分利用步進(jìn)電機(jī)的加速性能，而且在高頻段加速臺(tái)階高，步進(jìn)電機(jī)在速度越階時(shí)會(huì)發(fā)生失步，而且存在較大的超調(diào)量。

(2)線性加減速

因?yàn)榧铀俣群愣ǎ源嬖陔A躍現(xiàn)象，加減速控制方法效果不是十分理想。這將影響電機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命，所以適用于控制系統(tǒng)處理速度較慢且對升降速過程要求不高的場合，而且同樣存在較大的超調(diào)量。

(3)連續(xù)指數(shù)規(guī)律加減速

效果明顯，但是開始加速度最大，并且隨著速度的升高而逐漸減小，速度上升得越來越慢。指數(shù)型加減速的控制算法復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種連續(xù)區(qū)間變加速步進(jìn)電機(jī)速度控制方法及系統(tǒng)，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在高速運(yùn)行中的加減速的平穩(wěn)運(yùn)行，具有很強(qiáng)的通用性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種連續(xù)區(qū)間變加速步進(jìn)電機(jī)速度控制方法，基于系統(tǒng)時(shí)鐘分頻數(shù)控制的步進(jìn)電機(jī)變加減速，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻速率進(jìn)行下一時(shí)刻點(diǎn)速率計(jì)算的離散化處理方式以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)，使得步進(jìn)電機(jī)在不同的恒速階段下有不同的加速度。

將步進(jìn)電機(jī)的升降過程離散為一個(gè)不連續(xù)的區(qū)間，控制器件所發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖受速率和分頻比的控制，即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速每躍升1個(gè)臺(tái)階后，根據(jù)當(dāng)下的旋轉(zhuǎn)速度和分頻比產(chǎn)生一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)速率。

以系統(tǒng)時(shí)鐘為基礎(chǔ)進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的控制時(shí)間離散化處理。

進(jìn)一步的，系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率越高，離散化的分頻數(shù)越小。

任一時(shí)間段加速度值為該時(shí)間段加速后的脈沖頻率和上一時(shí)間段的脈沖頻率的差值與上一時(shí)間段的脈沖頻率對應(yīng)的脈沖周期的比值。

任一時(shí)間段的加速時(shí)間為上一時(shí)間段脈沖頻率對應(yīng)的周期的時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述上一時(shí)間段的脈沖頻率對應(yīng)的脈沖周期為系統(tǒng)時(shí)鐘的倍數(shù)。

進(jìn)一步的，任一時(shí)間段的分頻的脈沖頻率均與離散化的分頻數(shù)量相適配。

任意時(shí)間段的脈沖頻率v(n)的值為：

v(n)＝(fclk/2)^2[ln(n-m-1)+1/(n-m-1)-ln(n-m)+2/fclk/m]，