[發(fā)明專利]一種混合式步進電機的高速高轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)方法

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• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107154760A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李金全;王申相
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市杰美康機電有限公司
• 主分類號: H02P8/14
• 分類號: H02P8/14;H02P21/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機改進領(lǐng)域，具體的來說是涉及一種混合式步進電機的高速高轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

混合式步進電動機因具有運行效率高，輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點而獲得廣泛應(yīng)用。對現(xiàn)階段典型的對極兩相混合式步進電機，采用開環(huán)控制時阻尼系數(shù)很小，轉(zhuǎn)子振蕩劇烈，尤其中頻振蕩限制了電機調(diào)速范圍和動態(tài)響應(yīng)速度，且開環(huán)控制時，轉(zhuǎn)子易出現(xiàn)失步的危險。在要求調(diào)速范圍寬，響應(yīng)速度快的場合，開環(huán)控制驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用受到限制。牽出轉(zhuǎn)矩是指在某一運行頻率下電動機所能提供的電磁轉(zhuǎn)矩的最大值。也即是對于每一個頻率點，都可以找到一個負(fù)載角度，使該角度下的電磁轉(zhuǎn)矩最大。對每一個頻率點，都有一個要求的牽出轉(zhuǎn)矩，其牽出特性也即是電機的矩頻特性。由于現(xiàn)有的電機控制方法中隨著電機的速度加快，轉(zhuǎn)矩開始變小，因此使得在高速旋轉(zhuǎn)的過程中轉(zhuǎn)矩力比較小，不能滿足人們的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種混合式步進電機的高速高轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)方法，解決現(xiàn)有步進電機的高轉(zhuǎn)速力矩小的問題。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述問題：

一種混合式步進電機的高速高轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)方法，包括如下步驟：

步驟1：選取固定電機，系統(tǒng)初始化，依次讀取對片內(nèi)外預(yù)設(shè)置的存儲參數(shù)；

步驟2：編碼器采集電機位置反饋值傳給電角度計算器、速度計算器和P控制器，電角度計算器根據(jù)位置反饋值計算出電機當(dāng)前的電角度 并傳給Park變換器和反Park變換器，速度計算器根據(jù)位置反饋值計算出速度反饋信息Spd_F并傳給PI控制器Ⅰ；

步驟3：P控制器把接收的位置反饋值Pos_F與預(yù)設(shè)置的參考位置Pos_R做差值后的結(jié)果是否大于用戶所設(shè)定的最大值，當(dāng)大于時，驅(qū)動器應(yīng)停止工作，并輸出報警信號，當(dāng)不大于時，P控制器執(zhí)行算出參考速度Spd_R并傳給PI控制器Ⅰ；

步驟4：PI控制器Ⅰ接收參考速度Spd_R與速度反饋信息Spd_F做差值得到速度控制誤差；

步驟5：根據(jù)速度控制誤差判斷電機速度是否大于用戶設(shè)定的最大速度，當(dāng)大于時，停止驅(qū)動器的工作，并輸出報警信號，不大于時，執(zhí)行PI控制器Ⅰ計算Q軸電流的控制電流參考值Iq_R并傳給PI控制器Ⅱ；

步驟6：Park變換器采集電機兩相的的電流Ia_F和Ib_F，并根據(jù)電流Ia_F、電流Ib_F和電角度算出Q軸電流的控制電流值Iq_F，并把控制電流值Iq_F傳給PI控制器Ⅱ和PI控制器Ⅲ；

步驟7：PI控制器Ⅱ和PI控制器Ⅲ根據(jù)控制電流值Iq_F和控制電流參考值Iq_R通過d-q軸變換分別算出控制電壓Vq和控制電壓Vd；

步驟8：反Park變換器根據(jù)控制電壓Vq、控制電壓Vd和電角度算出雙H橋逆變電路的控制電壓Va和Vb；

步驟9：雙H橋逆變電路采用恒轉(zhuǎn)矩控制方式控制電機根據(jù)轉(zhuǎn)速輸出最大力矩。

上述方案中，優(yōu)選的是固定電機位30對極電機。

上述方案中，優(yōu)選的是步驟4中參考速度Spd_R（）的計算根據(jù)下式：

其中，為繞線端電壓，為定子磁鏈，為極對數(shù)。

上述方案中，優(yōu)選的是步驟7中算出控制電壓Vq和控制電壓Vd的算式為：

其中，d軸產(chǎn)生的電壓為，而q軸產(chǎn)生的電壓為，電機磁通量，為電機運行轉(zhuǎn)速，為電機一相繞組的阻值。

上述方案中，優(yōu)選的是步驟9中恒轉(zhuǎn)矩控制方式的具體過程為，根據(jù)下式：

其中，為d-q軸合成電壓，為給定的控制電流值Iq_F，為反電動勢，為d-q軸電感與繞線端電感相，為速度反饋信息Spd_F，R為電機電阻值，為控制電參考流值Iq_R，

進一步運算得到：

從而得到力矩的產(chǎn)生，其中為常數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點與效果是：

1、本發(fā)明通過在通過在使用閉環(huán)控制方法對30對極電機進行控制，從而能使得30對極電機在高轉(zhuǎn)速過程中也能保持較大的力矩，能夠大大的提高了電機在高速轉(zhuǎn)動時的牽引力。

2、本發(fā)明通過提高相電流、提高驅(qū)動電壓、優(yōu)化驅(qū)動器性能，都可以提高步進電機的高速性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明總體控制流程圖；

圖3為本發(fā)明執(zhí)行位置環(huán)和速度環(huán)的控制算法流程圖；

圖4為本發(fā)明矢量控制流程圖；

圖5為本發(fā)明的效果圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。