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混合式步进电机空间矢量PWM逆变器死区补偿策略

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机械设计与制造 2024年第3期 106-110页

作者：何坚林毅鑫范贤光许英杰厦门大学航空航天学院福建厦门361102 传感技术福建省高等学校重点实验室福建厦门361102

针对步进电机传统开环控制运行效果欠佳的问题,结合矢量控制算法对两相混合式步进电机进行控制,通过逆变器产生正弦波电流对电机进行驱动。由于步进电机气隙磁场畸变和PWM逆变器的死区效应,使步进电机的运行电流掺杂大量谐波,低速工作... 详细信息

针对步进电机传统开环控制运行效果欠佳的问题,结合矢量控制算法对两相混合式步进电机进行控制,通过逆变器产生正弦波电流对电机进行驱动。由于步进电机气隙磁场畸变和PWM逆变器的死区效应,使步进电机的运行电流掺杂大量谐波,低速工作时尤为严重。为了改善电机低速运行性能、抑制谐波干扰,结合混合式步进电机矢量控制的电流环进行优化,通过自适应线性神经网络(ADALINE)算法将谐波进行提取与抑制,然后进行电流方向判断,对逆变器的输出进行补偿。实验证明,所提出的补偿策略能够有效抑制两相PWM逆变器的电流谐波,改善波形、降低电机低速运行的转矩脉动。

关键词：混合式步进电机自适应线性神经网死区效应谐波抑制

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基于IHF-PLL^(3)rd的混合式步进电机主动式阻尼控制

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中国电机工程学报 2023年第18期43卷 7298-7307页

作者：施雨武志涛佟文明辽宁科技大学电子与信息工程学院辽宁省鞍山市114051 特种电机与高压电器教育部重点实验室(沈阳工业大学) 辽宁省沈阳市110870

混合式步进电机本身阻尼极小,在实际运行过程中经常会发生振荡过大、甚至失步的问题。为提高步进电机的控制品质,提出一种基于三阶锁相环(third-orderphaselocked loop,PLL^(3)rd)-积分谐波滤波器(integral harmonic filter,IHF)的步进... 详细信息

混合式步进电机本身阻尼极小,在实际运行过程中经常会发生振荡过大、甚至失步的问题。为提高步进电机的控制品质,提出一种基于三阶锁相环(third-orderphaselocked loop,PLL^(3)rd)-积分谐波滤波器(integral harmonic filter,IHF)的步进电机主动式阻尼控制方法。首先,主动式阻尼控制是利用同步d-q坐标系调节定子电流,其中控制id恒定为额定电流,调节iq生成瞬时转矩以抑制振荡。其次,为实现转速闭环达到增加电机阻尼的目的,提出一种PLL^(3)rd与IHF相结合的转速观测方法。其中,PLL^(3)rd可消除电机加减速过程中的稳态误差,而IHF可以有效滤除电机反电势中的高次谐波分量,该方法解决了传统微步控制中只减小了振荡幅度但是没有改变控制系统阻尼大小的问题。最后,通过实验验证所提方案的有效性。

关键词：混合式步进电机主动式阻尼控制三阶锁相环积分谐波滤波器

混合式步进电机自抗扰控制器状态观测反馈优化方法

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重庆理工大学学报（自然科学） 2022年第10期36卷 208-215页

作者：刘艺刘宝泉鲁毛毛韩猛张浩铭陕西科技大学电气与控制工程学院西安710021

由于混合式步进电机齿槽转矩的存在,其在中低速运行时存在转矩脉动问题,且开环控制难以有效抑制。通过对混合式步进电机转矩脉动产生机理及影响因素的分析,提出了一种观测器反馈的自抗扰矢量控制(observer optimized active disturbance... 详细信息

由于混合式步进电机齿槽转矩的存在,其在中低速运行时存在转矩脉动问题,且开环控制难以有效抑制。通过对混合式步进电机转矩脉动产生机理及影响因素的分析,提出了一种观测器反馈的自抗扰矢量控制(observer optimized active disturbance rejection vector control,OF-ADRC)算法。取消自抗扰控制器的跟踪-微分器环节,将给定转速直接作为输入,对扩张状态观测器中部分参数进行改进,用电机实际转速代替观测器输出量z,状态观测器用于得到对扰动项的估测量z。通过优化各控制模块减少可调参数,快速补偿步进电机的外部干扰力矩,降低电机加载后转矩脉动幅值。与传统PI矢量控制方法进行仿真对比,在0.1、0.2和0.3 N·m负载转矩下,转矩脉动分别降低了4.8%、12.8%和16.2%;在12、24和36 V供电电压下,转矩脉动分别降低2.2%、4.8%、17.4%,验证了所提控制算法的有效性。

关键词：混合式步进电机观测器反馈速度环自抗扰控制矢量控制

基于ESMO-DPLL的混合式步进电机主动式阻尼控制

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电工技术学报 2023年

作者：施雨武志涛佟文明辽宁科技大学电子与信息工程学院国家稀土永磁电机工程技术研究中心(沈阳工业大学)

针对混合式步进电机阻尼系数较小引起的振荡以及失步问题，提出一种主动式阻尼闭环控制方法提高步进电机的控制品质。该方法基于同步旋转d-q坐标系下的电机模型，将电流id控制恒为额定电流，利用转速误差调节电流iq生成瞬时转矩，改善... 详细信息

针对混合式步进电机阻尼系数较小引起的振荡以及失步问题，提出一种主动式阻尼闭环控制方法提高步进电机的控制品质。该方法基于同步旋转d-q坐标系下的电机模型，将电流id控制恒为额定电流，利用转速误差调节电流iq生成瞬时转矩，改善电机运行时存在的振荡现象。其次，为实现转速闭环，提出一种扩展滑模反电动势观测器(extended sliding mode observer，ESMO)与双锁相环(dual phase locked loop，DPLL)相结合的无传感器控制方法，ESMO改善了传统滑模观测器的抖振问题，DPLL能消除加减速过程中的稳态误差。最后，通过实验验证了所提方法的有效性。

关键词：混合式步进电机闭环控制主动式阻尼控制锁相环滑模观测器

天牛群改进模糊神经网络PID算法的混合式步进电机位置控制

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机械科学与技术 2023年

作者：徐嘉亮陈逢军湖南大学机械与运载工程学院温州理工学院智能制造与电子工程学院

为提高两相混合式步进电机的工作稳定性，实现对步进电机位置的精确控制，提出一种天牛群(BSO)改进模糊神经网络PID算法。首先，在建立两相混合式步进电机数学模型基础上，设计了基于BSO改进模糊神经网络PID控制器，采用BSO算法进行迭... 详细信息

为提高两相混合式步进电机的工作稳定性，实现对步进电机位置的精确控制，提出一种天牛群(BSO)改进模糊神经网络PID算法。首先，在建立两相混合式步进电机数学模型基础上，设计了基于BSO改进模糊神经网络PID控制器，采用BSO算法进行迭代寻优，找到合适的PID参数；其次，利用模糊神经网络对PID系数进行实时调整。最后，利用MATLAB软件进行仿真验证，并分别在搭建的步进电机位置闭环运动平台进行了阶跃响应实验和信号跟随实验。仿真和实验结果表明，相较于传统PID算法、BSO-PID算法以及模糊神经网络PID算法，BSO改进模糊神经网络PID算法有效提高了系统的鲁棒性，同时系统对位置指令响应速度快且无超调，抗干扰能力强，具有更好的动态性能。

关键词：混合式步进电机 BSO 模糊神经网络 PID

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混合式步进电机细分驱动原理分析

微特电机 2023年第6期51卷 62-64页

作者：李传翘李雨陆黄辉罗熙广州南方学院广州510970 广东惠益工程建设有限公司佛山528000 北京快手科技有限公司深圳分部深圳518000 深圳市广和通无线股份有限公司深圳518000

针对一些电机方面书籍描述混合式步进电机细分驱动原理中存在的问题,通过磁动势计算分析,得出混合式步进电机的阶梯波电流细分驱动不是一些书籍上描述的等幅匀速旋转磁场。提出按正弦波规律采样的细分驱动可以得到等幅匀速的旋转磁场,... 详细信息

针对一些电机方面书籍描述混合式步进电机细分驱动原理中存在的问题,通过磁动势计算分析,得出混合式步进电机的阶梯波电流细分驱动不是一些书籍上描述的等幅匀速旋转磁场。提出按正弦波规律采样的细分驱动可以得到等幅匀速的旋转磁场,指出步进电机细分驱动的本质原理是来源于交流电机的原理,空间完全对称且绕组参数都相同的交流电机绕组,通过时间相位差和其余参数都相等的正弦波电流驱动时,其合成磁场是一个圆形旋转磁场。

关键词：混合式步进电机细分驱动正弦波驱动电流

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两相混合式步进电机智能驱动器的研究与设计

两相混合式步进电机智能驱动器的研究与设计

作者：郝新源山东师范大学

学位级别：硕士

随着当前智能工业化时代的发展,各种自动控制系统和数字控制系统向智能化转型,对步进电机驱动器的性能提出高精度、高集成、低振动的要求,传统步进电机驱动器面临很多挑战。本文以实现两相混合式步进电机驱动器的高性能、智能化、高效... 详细信息

随着当前智能工业化时代的发展,各种自动控制系统和数字控制系统向智能化转型,对步进电机驱动器的性能提出高精度、高集成、低振动的要求,传统步进电机驱动器面临很多挑战。本文以实现两相混合式步进电机驱动器的高性能、智能化、高效率为研究课题,对步进电机的内部结构和运行原理进行理论分析,对电机开环控制和闭环控制进行分析比较,对步进电机PID闭环控制驱动器的硬件和软件两部分进行研究与设计。（一）硬件实现高集成化和智能化。本文设计硬件部分有电源模块和驱动模块,将开关电源与控制器、驱动器高度集成,由内部的电源模块给驱动模块供电,显著缩小硬件体积,使驱动器可以直接接入市电电压,增强驱动器的适用性。驱动模块由微控制器STM32+专用驱动芯片TMC5160结合,控制专用驱动芯片电机逻辑,配合软件程序设计,控制电机快速启停;改善步进电机的机械共振和低速振动的现象;给电机提供良好的加速和减速效果,优化电机控制;检测负载值,自动调节电流大小,保持能耗最佳状态,来实现步进电机驱动器的智能化设计。（二）软件实现高效率化和高性能。本文设计微控制器STM32通过SPI通信程序与驱动芯片传递信号,带动内置电机逻辑,修正驱动控制,控制电机;设计PID闭环控制程序,速度环的输入值和反馈值在环内运算出输出电流,作为电机内电流的预设值,来控制电机速度,避免丢步现象;对PID参数进行调制,优化步进电机工作状态,完善运动过程的动态特性,控制电机运动滞后,减少振荡,加强系统稳定性。（三）搭建硬件和系统实验控制平台,对硬件电路进行模块化测试,对步进电机驱动器进行整体测试。实验结果表明:本文设计的两相混合式步进电机驱动器可实现高精度细分;快速启停能力良好;加减速特性良好;电流可根据检测到的负载值自动调整,实现最佳能耗;电机低速振动现象明显改善。

关键词：混合式步进电机开关电源智能驱动闭环控制

基于IHF-PLL3rd的混合式步进电机主动式阻尼控制

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基于IHF-PLL3rd的混合式步进电机主动式阻尼控制

作者：施雨辽宁科技大学

学位级别：硕士

混合式步进电机具有结构简单、可靠性高、定位精度高等优点,因此被广泛应用于航空航天、医疗设备、家用电器、自动化生产线等领域。混合式步进电机通常采用开环控制,但随着现代科技的不断发展,对电机控制精度和动态响应提出了更高的要... 详细信息

混合式步进电机具有结构简单、可靠性高、定位精度高等优点,因此被广泛应用于航空航天、医疗设备、家用电器、自动化生产线等领域。混合式步进电机通常采用开环控制,但随着现代科技的不断发展,对电机控制精度和动态响应提出了更高的要求。混合式步进电机因自身特殊的机械结构导致阻尼系数较小,在实际运行过程中经常会出现振荡过大,甚至失步的问题。因此,本文提出了一种主动式阻尼控制方法,旨在提高混合式步进电机的控制品质。本文首先对两相混合式步进电机的结构、工作原理以及空间矢量PWM控制进行了分析。其次,推导出静止坐标系下步进电机的数学模型,再利用Park变换将静止坐标系转化为与定子电流保持同步旋转的坐标系,并建立了同步坐标系下的电机数学模型。此外,基于同步坐标系设计了电流控制器,并分别对静止与同步坐标电流控制器进行仿真分析,仿真结果表明:在电流阶跃输入时,静止坐标电流控制器电流响应会存在稳态误差,且误差与电机转速成正比,而同步电流控制器则不存在稳态误差,因此,本文利用同步电流控制器作为主动式阻尼控制的电流内环。然后,针对混合式步进电机阻尼系数较小引起的振荡以及失步问题,提出一种主动式阻尼闭环控制方法提高步进电机的控制品质。该方法基于同步旋转坐标系下的电机模型,将电流i控制恒定为额定电流,利用定子电流转速与实际电机转速和定子电流位置与实际转子位置间的误差调节q轴电流生成瞬时转矩以抑制振荡现象。其次,为实现转速闭环达到增大电机阻尼的目的,提出一种将三阶锁相环（third-order phase locked loop,PLLrd）与积分谐波滤波器（integral harmonic filter,IHF）相结合的转子信息观测方法。其中,PLLrd能消除稳态误差,提高电机转速观测动态性能,而IHF可以在反电动势进入三阶锁相环前有效滤除电机反电动势中的高次谐波分量。最后,通过实验证明了基于IHF-PLLrd的主动式阻尼控制方法可以有效解决混合式步进电机阻尼过小的缺点,并能有效抑制电机实际运行过程中的振荡现象,从而使电机运行更加平稳。

关键词：混合式步进电机主动式阻尼控制三阶锁相环积分谐波滤波器

混合式步进电机自定位转矩的二维有限元仿真设计研究

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微特电机 2022年第8期50卷 23-26,30页

作者：陈薇薇郭默佳张洪岩中国电子科技集团公司第二十一研究所上海200233

自定位转矩是混合式步进电机一项非常重要的性能指标,现有的利用气隙比磁导法和齿槽比磁导法等磁路计算方法运算速度快,但精度较低,尤其是在磁路发生严重饱和的情况下该方法难以准确计算。本文以磁通不变为原则,对混合式步进电机模型进... 详细信息

自定位转矩是混合式步进电机一项非常重要的性能指标,现有的利用气隙比磁导法和齿槽比磁导法等磁路计算方法运算速度快,但精度较低,尤其是在磁路发生严重饱和的情况下该方法难以准确计算。本文以磁通不变为原则,对混合式步进电机模型进行等效变换,提出了一种等效二维有限元模型,将三维磁路转化为二维平面磁路,该模型具有较高的计算精度,同时对网格剖分的要求较低。利用等效计算方法,对电机参数进行等效变换,且对不同步距角、不同气隙的结构形式电机模型进行仿真、比较,得到不同的自定位转矩方案,分析不同设计参数情况下的仿真结果。研制了两台步距角分别为0.9°和1.8°的混合式步进电机样机,进行了试验研究,测试结果与仿真计算结果一致性较好,验证了该等效变换方法的可行性和准确性。

关键词：混合式步进电机等效变换自定位转矩有限元仿真