两相混合式步进电机运行时丢步的电势检测方法的研究

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两相混合式步进电动机是工业控制中广泛应用的一种电机,具有成本低、驱动电路简单的优点。随着控制的发展,对两相混合式步进电机驱动器的要求越来越严格。混合式步进电动机运行在中高速过程,受到外界的干拢会发生丢步。由于步进电机从成本上考虑,绝大多数都使用开环控制,使其在高精度位置控制受到限制。如果采用光电编码器来进行闭环控制,其成本增加,将使步进电机本身所具有的低成本优势丧失。因此,对于两相混合式步进电机无位置传感器的位置检测和丢步判断的研究就有着十分重要的现实意义。  本文作者首先介绍了国内外步进电动机无传感器的位置检测的最新发展,分析了混合式步进电机的工作原理,建立了它的数学模型,深入研究了混合式步进电机的矢量控制方法,并在此基础上设计了一种全数字两相混合式步进电动机驱动器的方案。深入研究了两相混合式步进电动机的电路模型,并在此基础上提出了提取反电动势的两种方法。然后根据所提取的反电动势求取电机的转子位置,进而判断电机有无丢步现象发生。为了更好的研究分析,建立了上下位机的通信软件。电机控制算法由 DSP编程实现,采用基于最大电流/转矩的转子磁场定向矢量控制方法,电流调节器采用PI控制算法,逆变器采用脉宽调制的单极倍频控制策略。在此基础上,利用检测的相电流和相电压求取反电动势,由于反电动势在低速时其值很小,提出了改进反电动势提取方法,使其在低速时反电动势有很大的改进。本文采用了在非实时条件下用的零相位滤波器,由于提供滤波器的初始条件,使的零相位数字滤波器在实时条件下得以实现,此外,为了方便调试和实际应用,设计了通讯接口,采用Labview可视化语言开发了上位机的监控软件。最后对所开发的程序进行了测试;分析了不同速度下的位置检测精度。同时检测的位置信息可用于混合式步进电动机在中高速(大于30rpm)下进行闭环控制,实验结果验证了设计方案的可行性,运行可靠,具有一定的实用价值。
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