一種步進電機的干擾轉矩測定方法及其低速振動抑制方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種步進電機的干擾轉矩測定方法及其低速振動抑制方法，干擾轉矩的測定方法包括根據(jù)步進電機的干擾轉矩的特征以及確定干擾轉矩的頻率、相位、幅值分別與振動幅度的關系；再通過二分法確定振動幅度最大時所對應的干擾轉矩的頻率，以及振動幅度最小時所對應的干擾轉矩的相位、幅值；低速振動抑制方法是指在步進電機的定子電流的基波的基礎上疊加注入諧波，其中注入諧波的頻率和幅值等于干擾轉矩的頻率和幅值，注入諧波的相位與干擾轉矩的相位相差180°。本發(fā)明專利技術通過運算量小的計算方法得到干擾轉矩的各參數(shù)，再通過干擾轉矩的參數(shù)向步進電機疊加注入諧波，抵消掉干擾轉矩，使得步進電機在低速轉動時避免出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種步進電機的干擾轉矩測定方法及其低速振動抑制方法
本專利技術涉及電機驅動與控制
，尤其涉及一種步進電機的干擾轉矩測定方法及其低速振動抑制方法。
技術介紹
現(xiàn)有的步進電機，尤其是混合步進電機，在運行的低速過程中，由于步進電機自有的干擾轉矩，容易出現(xiàn)低速共振現(xiàn)象，此時不僅會產(chǎn)生很大噪音，也大大影響步進電機的性能，使得步進電機的壽命縮短。
技術實現(xiàn)思路
為解決上述技術問題，本專利技術提供一種能夠準確測定步進電機的干擾轉矩的測定方法，還提供一種步進電機的低速振動抑制方法，并通過該測定方法確定的干擾轉矩的頻率、相位、幅值來向步進電機的定子電流的基波的基礎上疊加注入諧波，從而達到抵消干擾轉矩的目的，使得步進電機在低速轉動時避免出現(xiàn)共振現(xiàn)象。為達到上述目的，本專利技術采用以下技術方案：本專利技術公開了一種步進電機的干擾轉矩的測定方法，包括：1)根據(jù)步進電機的干擾轉矩的特征以及以下式，確定干擾轉矩的頻率、相位、幅值分別與振動幅度的關系，其中，ωfb(s)是步進電機的實際轉速，Tf(s)是所述步進電機的干擾轉矩，J是所述步進電機的轉子及負載的轉動慣量，B是所述步進電機轉動的摩擦系數(shù)，kpp是所述步進電機的位置環(huán)的比例參數(shù)，kT是所述步進電機的轉矩系數(shù)，s是拉普拉斯變換的復變量；2)通過二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率，以及振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的相位、幅值。優(yōu)選地，在根據(jù)二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率之前，還包括：在所述干擾轉矩的頻率為[0Hz，1000Hz)之間，等間隔取A個值，分別為0Hz、然后比較所述干擾轉矩的頻率的A個值所對應的振動幅度，得出振動幅度為最大值時所對應的所述干擾轉矩的頻率為如果B＝0，則將[0Hz，]確定為采用二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率的范圍；如果B≠0，則將[]確定為采用二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率的范圍；其中A為大于1的正整數(shù)，B為大于等于0且小于A的整數(shù)。優(yōu)選地，在根據(jù)二分法確定振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的相位之前，還包括：在干擾轉矩的相位為[0°，360°)之間，等間隔取C個值，分別為0°、然后比較所述干擾轉矩的相位的C個值所對應的振動幅度，得出振動幅度為最小值時所對應的干擾轉矩的相位為將[]確定為采用二分法確定振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的相位的范圍；其中C為大于1的正整數(shù)，D為大于等于0且小于C的整數(shù)。優(yōu)選地，在根據(jù)二分法確定振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的幅值之前，還包括：在干擾轉矩的幅值為[0％，20％)之間，等間隔取E個值，分別為0％、然后比較所述干擾轉矩的幅值的E個值所對應的振動幅度，得出振動幅度為最小值時所對應的干擾轉矩的幅值為如果F＝0，則將[0％，]確定為采用二分法確定振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的幅值的范圍；如果F≠0，則將[％]確定為采用二分法確定振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的幅值的范圍；其中E為大于1的正整數(shù)，F(xiàn)為大于等于0且小于E的整數(shù)。優(yōu)選地，A取值為8、9或10。優(yōu)選地，C取值為3、4或5。優(yōu)選地，E取值為8、9或10。本專利技術另外還公開了一種步進電機的低速振動抑制方法，包括以下步驟：通過以上所述測定方法測定步進電機的干擾轉矩的頻率、相位和幅值；然后在所述步進電機的定子電流的基波的基礎上疊加注入諧波，其中所述注入諧波的頻率和幅值分別等于所述干擾轉矩的頻率和幅值，所述注入諧波的相位與所述干擾轉矩的相位相差180°。本專利技術與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：本專利技術的測定方法通過使用實際轉速的交流成分有效確定干擾轉矩的頻率、相位、幅值分別與振動幅度的關系，再通過二分法，快速地準確確定出振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率，以及振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的相位、幅值；在分析過程中占用MCU(微控制單元)存儲空間小，并且MCU運算量很小。本專利技術的低速振動抑制方法根據(jù)上述測定方法所確定的干擾轉矩的頻率、相位、幅值來向步進電機的定子電流的基波的基礎上疊加注入諧波，能達到有效抵消干擾轉矩的目的，使得步進電機在低速轉動時避免出現(xiàn)共振現(xiàn)象。在優(yōu)選的方案中，測定干擾轉矩的頻率、相位、幅值時，在采用二分法之前先縮小振動幅值最大時所對應的干擾轉矩的頻率區(qū)間，以及振動幅度最小時所對應的干擾轉矩的相位和幅值區(qū)間，更進一步地減小運算量，使得計算運行時間更短。附圖說明圖1是步進電機驅動器的控制結構框圖；圖2是步進電機驅動器的位置控制框圖；圖3是步進電機的電磁轉矩產(chǎn)生機理示意圖；圖4是步進電機的電磁轉矩的預測示意圖；圖5是步進電機的實際轉速交流成分的估計示意圖；圖6是步進電機的干擾轉矩的頻率與振動幅度的關系示意圖；圖7是步進電機的注入諧波的相位與振動幅度的關系示意圖；圖8是步進電機的注入諧波的幅值與振動幅度的關系示意圖。具體實施方式下面對照附圖并結合優(yōu)選的實施方式對本專利技術作進一步說明。步進電機的驅動器保證步進電機可以平穩(wěn)和快速完成控制器要求的各種運動方式，如圖1所示。從圖中可知，控制器1以脈沖方式發(fā)送各種控制指令給步進電機的驅動器，其中步進電機的驅動器包括DSP(數(shù)字信號處理芯片)控制器21、PWM(脈沖寬度調制)斬波22和功率模塊23，采用DSP控制器21完成步進電機的位置環(huán)電流環(huán)控制步進電機的低速振動抑制，PWM斬波22控制功率模塊23的通斷時間，進而達到控制步進電機及負載3的端電壓，最終達到對給定電流的跟蹤控制。位置環(huán)位于整個控制的最外環(huán)，完成位置跟隨以及定位功能，其帶寬直接決定了整個步進電機系統(tǒng)的最終性能。由于位置控制的實時控制，不是采用數(shù)字式的離散控制，也就不存在零階保持器的系統(tǒng)環(huán)路延時；并且常用的步進電機的極對數(shù)為50，這樣步進電機的剛性可以非常高。步進電機驅動器的位置控制如圖2所示，其中PI控制器202為步進電機位置控制的控制單元，J為步進電機的轉子及負載的轉動慣量，B為摩擦系數(shù)，s是拉普拉斯變換的復變量，iq為轉矩電流，Te為電磁轉矩，Tf為干擾轉矩(即為引起步進電機低速振動的激勵源)，θref為給定位置，θfb為實際位置。從圖2中可以看出，對給定位置θref通過低通濾波器201進行低通濾波，讓步進電機運行更加平穩(wěn)；θref-θfb為位置誤差，位置誤差經(jīng)過PI控制器202和轉矩系數(shù)203產(chǎn)生電磁轉矩Te，電磁轉矩Te減去干擾轉矩Tf經(jīng)過負載模型204和積分環(huán)節(jié)205產(chǎn)生負載真正的有效轉矩。當步進電機的兩相對稱定子繞組由兩相平衡正弦電壓供電時，對每一相都可以寫成一個電壓平衡方程式，兩相的電壓平衡方程式相加，就可以合成空間矢量表示的步進電機定子電壓方程式，如下：式(1)其中，Us是定子兩相電壓合成空間矢量，Is是定子兩相電流合成空間矢量，是定子兩相磁鏈合成空間矢量，Rs是定子等效電阻。分析時不計鐵芯飽和的影響，并忽略主磁導中高次諧波的影響，電磁轉矩Te的表達式如下：式(2)其中，p是步進電機的極對數(shù)，Is是定子兩相電流合成空間矢量，是定子兩相磁鏈合成空間矢量，是A相定子繞組的磁鏈，是B相定子繞組的磁鏈，IA是A相定子繞組的電流，IB是B相定子繞組的電流。步進電機的電磁轉矩的產(chǎn)生機理如圖3所示，轉矩電流iq和勵磁電流id經(jīng)過Park逆變換301產(chǎn)生AB兩相的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種步進電機的干擾轉矩的測定方法，其特征在于，包括：1)根據(jù)步進電機的干擾轉矩的特征以及以下式，確定干擾轉矩的頻率、相位、幅值分別與振動幅度的關系，ωfb(s)Tf(s)=sJs2+Bs+kpp·kT]]>其中，ωfb(s)是步進電機的實際轉速，Tf(s)是所述步進電機的干擾轉矩，J是所述步進電機的轉子及負載的轉動慣量，B是所述步進電機轉動的摩擦系數(shù)，kpp是所述步進電機的位置環(huán)的比例參數(shù)，kT是所述步進電機的轉矩系數(shù)，s是拉普拉斯變換的復變量；2)通過二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率，以及振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的相位、幅值。

【技術特征摘要】
1.一種步進電機的干擾轉矩的測定方法，其特征在于，包括：1)根據(jù)步進電機的干擾轉矩的特征以及以下式，確定干擾轉矩的頻率、相位、幅值分別與振動幅度的關系，其中，ωfb(s)是步進電機的實際轉速，Tf(s)是所述步進電機的干擾轉矩，J是所述步進電機的轉子及負載的轉動慣量，B是所述步進電機轉動的摩擦系數(shù)，kpp是所述步進電機的位置環(huán)的比例參數(shù)，kT是所述步進電機的轉矩系數(shù)，s是拉普拉斯變換的復變量；2)通過二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率，以及振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的相位、幅值；其中在根據(jù)二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率之前，還包括：在所述干擾轉矩的頻率為[0Hz，1000Hz)之間，等間隔取A個值，分別為0Hz、……、然后比較所述干擾轉矩的頻率的A個值所對應的振動幅度，得出振動幅度為最大值時所對應的所述干擾轉矩的頻率為如果B＝0，則將確定為采用二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率的范圍；如果B≠0，則將確定為采用二分法確定振動幅度最大時所對應的所述干擾轉矩的頻率的范圍；其中A為大于1的正整數(shù)，B為大于等于0且小于A的整數(shù)。2.根據(jù)權利要求1所述的測定方法，其特征在于，在根據(jù)二分法確定振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的相位之前，還包括：在干擾轉矩的相位為[0°，360°)之間，等間隔取C個值，分別為0°、……、然后比較所述干擾轉矩的相位的C個值所對應的振動幅度，得出振動幅度為最小值時所對應的干擾轉矩的相位為將確定為采用二分法確定振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的相位的范圍；其中C為大于1的正整數(shù)，D為大于等于0且小于C的整數(shù)。3.根據(jù)權利要求1或2所述的測定方法，其特征在于，在根據(jù)二分法確定振動幅度最小時所對應的所述干擾轉矩的幅值之前，還包括：在干擾轉矩的幅值為[0％，2...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉營，張健，田天勝，李衛(wèi)平，
申請(專利權)人：深圳市雷賽智能控制股份有限公司，深圳市雷賽軟件技術有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44