混合式步进电机转子旋转振荡抑制装置和抑制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种混合式步进电机转子旋转振荡抑制装置和抑制方法，适用于混合式步进电动机转速／位置开环驱动系统中抑制转子旋转振荡。该装置及方法采用定子磁链闭环结构或电流闭环控制系统，利用带通滤波器提取出电磁转矩中脉动分量，并对其积分获得转子位置角脉动分量。用该转子位置角脉动分量对定子磁链相位进行实时调制以抑制转子振荡。本发明专利技术成本低廉，转子旋转无位置角累积误差，电动机运行速度范围宽广，中高速时电动机带载能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混合式混合式步进电机，特别是涉及一种混合式步进电机转子旋转振荡抑制装置和抑制方法。
技术介绍
在众多的步进电动机中，混合式混合式步进电机不仅具有磁阻式步进电动机步距 小、运行频率高的特点，还具有永磁步进电动机消耗功率小的优点，而且具有输出转矩大等 优点，因而获得广泛应用。 但由于混合式步进电动机设计结构上的特点，导致该种电动机采用简单的开环控 制时阻尼系数很小，转子旋转振荡厉害。尤其中频振荡限制了电动机调速范围和动态响应 速度。这样一来，在要求宽调速范围、快速响应的场合，简单的开环控制混合式步进电动机 驱动系统的应用受到了限制。而对于那些要求控制策略简洁、成本要求低下的系统而言，采 用开环控制的混合式步进电动机又是有利的。 改善开环控制混合式步进电动机的欠阻尼特性可利用机械阻尼和新增无功器件 的方案。但这些方案不仅使系统设计复杂，而且降低了效率和增加了系统成本。另外，机械 阻尼也会因负载大小变化而变化。 美国专利4455520公开了一种稳定步进电动机的方法。该专利检测流入电动机的瞬时功率，并据此实时调节电动机电流波形的相位，从而实现步进电动机中频区稳速运行。美国专利4675590公开了一种具有中频稳定控制的步进电动机驱动。该专利利用带通滤波器从电流中提取误差信号，反馈系统基于该误差信号实现输入脉冲的延时，从而抑制开环控制步进电动机中频区运行时的不稳定性。美国专利4683409公开了一种步进电动机运行稳定性控制方法。该专利利用一个脉宽调制器控制步进电动机的脉冲发生器实现步进电动机的稳定运行，脉宽调制器的输入之一是周期性脉冲信号，另一个输入端是误差校正信号。误差校正信号与电流和的平均值成正比，利用误差校正信号对前述周期性脉冲的占空比进行调制，从而产生一些列占空比变化的脉冲序列，实现步进电动机稳定运行。 实际上从步进电动机的运动方程式可以清楚地看出影响转速控制性能的关键因数是转矩，只有从转矩控制入手，才能彻底消除转子振荡，但上述这些专利均没有做到这一点。美国专利5847535公开了一种主动的混合式步进电动机电子阻尼方法。该专利利用两个电路分别检测步进电动机定子绕组端电压和绕组中流过的电流，从而间接模拟出转矩信号，利用该转矩信号构成加速度闭环控制结构，实现转子旋转振荡的抑制。 上述四个专利均采用绕组电流闭环控制结构，控制定子电流幅值恒定的同时，控制定子绕组电流的周期即可控制转子转速，而这种电周期的控制与外部的脉冲保持同步。在电流幅值恒定的情况下，正确地对电流相位进行实时控制即可抑制转子振荡。上述四个专利均是在绕组电流幅值控制为恒定值的假设前提条件下，利用校正信号最终影响绕组电流相位，以达到抑制转子旋转振荡之目的。 但实践证明，包括上述四个专利在内的现有技术存在如下两个缺点 缺点一是现有技术在抑制转子旋转振荡时所采用的控制变量(如US4455520中的 瞬时功率、US4675590中的电流误差信号、US4683409中的电流和的平均值、US5847535中的 模拟转矩信号)的获得方式或者是比较复杂、成本较高，或者是不能适于高速区，因而需要 进一步改进。 缺点二是采用绕组电流闭环控制结构对步进电动机中低速运行区效果虽然较好， 但对高速区域内转子振荡的抑制作用较小。实际上混合式步进电动机转子上具有永磁体， 转子旋转过程中在定子绕组中会产生反电动势，这种反电动势的幅值与转速成正比。而控 制定子绕组电流的功率电路一般采用全桥直_交逆变器拓扑，外界的直流母线电压是恒定 的。这样电动机处于中低速运行时，实际定子绕组电流可以实时跟踪给定电流，但当电动机 处于高速运行时，由于较大的反电动势作用，致使实际绕组电流无法跟踪恒定幅值的电流 给定。这样高速区域内电流的幅值与相位完全取决于电动机的负载情况，电动机始终处于 最大绕组电压下运行，逆变器对定子绕组电流的控制作用消失。而且当电动机运行于高速 区时，定子绕组电流含有很多谐波成分，这些谐波直接影响电动机的稳定运行，所以在高速 区电流闭环控制不能达到很好的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是弥补上述现有技术的缺点一，以较低成本抑制开环控制混合式步进电机转子的旋转振荡。 本专利技术的次一目是弥补上述现有技术的缺点二，提出一种混合式步进电机转子控 制系统和方法，在中高速区仍能对转子的进行有效控制。 为此，本专利技术提出一种混合式步进电机转子旋转振荡抑制装置，包括绕组PI控制器及P丽算法装置、逆变器、被控量给定环节；其特征在于还包括被控量给定及移相装置、相位角调制量的获取装置相位角调制量的获取装置输出的是绕组磁链相位角调制量；将来自绕组被控量给定综合环节的绕组被控量给定和绕组磁链相位角调制量作为被控量给定及移相装置的输入，被控量给定及移相装置的输出是经过相位角调制后的绕组被控量给定，该给定值与被控量的实测反馈值构成闭环；被控量给定及移相装置的输出控制P丽的占空比，借助逆变功率电路，使得实际绕组被控量跟踪经过相位角调制后的绕组被控量给定，从而控的制转子的转速并抑制转子的旋转振荡；所述相位角调制量的获取装置的输入为绕阻转矩。优选地 所述被控量为绕阻磁链，构成磁链闭环控制；所述混合式步进电机转子旋转振荡抑制装置还包括转矩观测装置、绕组磁链观测装置、电流检测装置、绕组电压的观测装置，所述电流检测装置和绕组端电压的观测装置分别对绕组电流和绕组端电压进行检测，并进而将检测结果输入到磁链观测装置以检测出绕组磁链，所述绕组电流和绕组磁链再作为转矩观测装置的输入量，计算出转矩，并将转矩作为相位角调制量检测装置的输入量。 相位角调制量检测装置包括带通滤波器和积分器，所述转矩观测装置的输入信号经带通滤波器和积分器后，得到绕组磁链相位角调制量。 还包括计算给定转速的装置，其输入外部信号旋转方向、微步细分数，外部脉冲的 频率中，并计算出给定转子转速，输出到磁链给定综合环节。 所述混合式步进电机为两相或多相混合式步进电机。 本专利技术还提出一种混合式步进电机转子旋转振荡抑制方法，其特征在于包括如下 步骤 A、将来自绕组被控量给定环节的绕组被控量给定和绕组被控量相位角调制量作 为被控量给定及移相装置的输入，并输出经过相位角调制后的绕组绕组被控量给定，该给 定值与磁链观测装置输出的绕组被控量反馈值构成磁链闭环； B、用被控量给定及移相装置的输出控制P丽的占空比，借助逆变功率电路，使得 实际绕组被控量跟踪经过相位角调制后的绕组被控量给定，从而控的制转子的转速并抑制 转子的旋转振荡； 其中，所述相位角调制量的获取装置的是通过绕阻转矩来获得相位角调制量的。 优选地 所述被控量为绕组磁链，构成磁链闭环控制；所述方法还包括如下步骤分别对 绕组电流和绕组端电压进行检测，并进而将检测结果输入到磁链观测装置以检测出绕组磁 链，所述绕组电流和绕组磁链再作为转矩观测装置的输入量，计算出转矩，并将转矩作为相 位角调制量检测装置的输入量。 步骤A中磁链相位角调制量按如下方式获得所述矩观测装置的输入信号经带通 滤波器和积分器后，得到绕组磁链相位角调制量。 输入外部信号旋转方向、微步细分数、外部脉冲的频率到计算给定转速的装置，并 计算出给定转子转速，输出到磁链给定综合环节。 本专利技术的有益效果是基于观测的电磁转矩计算获得控制变量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合式步进电机转子旋转振荡抑制装置，包括绕组ＰＩ控制器及ＰＷＭ算法装置（５）、逆变器（２、３）、被控量给定环节（８）；其特征在于：还包括被控量给定及移相装置（９）、相位角调制量的获取装置（１０）输出的是被控量的相位角调制量；将来自绕组被控量给定综合环节（８）的绕组被控量给定和绕组磁链相位角调制量作为被控量给定及移相装置（９）的输入，被控量给定及移相装置（９）的输出是经过相位角调制后的绕组被控量给定，该给定值与被控量的实测反馈值构成闭环；被控量给定及移相装置（９）的输出控制ＰＷＭ的占空比，借助逆变功率电路，使得实际绕组被控量跟踪经过相位角调制后的绕组被控量给定，从而控的制转子的转速并抑制转子的旋转振荡；所述相位角调制量的获取装置（１０）的输入为绕阻转矩，利用提取出的转矩脉动量来获取相位角调制量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，李卫平，熊世辉，赖九才，
申请(专利权)人：深圳市雷赛机电技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]