【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及步進(jìn)電機(jī)控制，具體涉及一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法。
技術(shù)介紹
1、步進(jìn)電機(jī)是一種電動(dòng)機(jī)，其運(yùn)動(dòng)是通過(guò)一步一步的脈沖來(lái)控制的，每個(gè)脈沖使電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，因此可以非常準(zhǔn)確地控制電機(jī)的位置和速度，這種特性使步進(jìn)電機(jī)非常適合用于需要高精度位置控制的應(yīng)用，在機(jī)器人中，閉環(huán)控制系統(tǒng)通常包括傳感器和反饋回路用于監(jiān)測(cè)，這些反饋信息被發(fā)送到控制器，以便根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和校正，通過(guò)不斷監(jiān)測(cè)和調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以確保機(jī)器人的運(yùn)行穩(wěn)定性；
2、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：
3、電機(jī)在啟動(dòng)、停止或干擾等情況出現(xiàn)時(shí)，難以避免地會(huì)出現(xiàn)預(yù)設(shè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)情況與實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況不一致的問(wèn)題，導(dǎo)致最終運(yùn)動(dòng)效果不理想，甚至嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)要求，在步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)段，因?yàn)槊}沖頻率變化過(guò)快，電機(jī)繞組磁場(chǎng)切換與內(nèi)部轉(zhuǎn)子不能保持同步，啟動(dòng)段轉(zhuǎn)子從0啟動(dòng)，因?yàn)閼T性原因滯后于繞組磁場(chǎng)切換，電機(jī)實(shí)際速度小于設(shè)定速度，造成失步；而在步進(jìn)電機(jī)停止段與上述原因相反，轉(zhuǎn)子從高速停止到0，因?yàn)閼T性原因轉(zhuǎn)子與繞組磁場(chǎng)切換不同步，電機(jī)實(shí)際速度大于設(shè)定速度，造成越步，從而導(dǎo)致無(wú)法精確地控制針腳的位置和速度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，以解決
技術(shù)介紹
中不足。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，所述控制方法包括以下步驟：
3、s1：用戶(hù)為電機(jī)預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速，步進(jìn)電機(jī)位置傳感器反饋實(shí)時(shí)速度；
4、s2：速度偏
5、s3：輸出交軸電流、直軸電流與經(jīng)過(guò)park變換的電機(jī)反饋交軸電流、電機(jī)反饋直軸電流經(jīng)過(guò)偏差運(yùn)算傳遞到電流內(nèi)環(huán)pi控制器；
6、s4：電流內(nèi)環(huán)pi控制器輸出量進(jìn)行park反變換完成坐標(biāo)系關(guān)系轉(zhuǎn)換，得到在周期內(nèi)的電壓矢量和在α、β軸的分量大小；
7、s5：通過(guò)矢量控制模型調(diào)制出五段svpwm驅(qū)動(dòng)雙h橋電路，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)完成運(yùn)動(dòng)。
8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s2中，速度偏差量、轉(zhuǎn)速、實(shí)時(shí)速度輸入到模糊滑模控制器實(shí)現(xiàn)外環(huán)速度閉環(huán)還包括以下步驟：
9、s2.1：用戶(hù)預(yù)設(shè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，作為控制器的設(shè)定值；
10、s2.2：使用步進(jìn)電機(jī)位置傳感器獲取實(shí)時(shí)速度信息，將其反饋給控制系統(tǒng)；
11、s2.3：控制系統(tǒng)計(jì)算實(shí)際速度與設(shè)定值之間的速度偏差量，根據(jù)速度偏差量輸出控制量，控制量用于調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速；
12、s2.4：步進(jìn)電機(jī)根據(jù)控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使實(shí)際速度逐漸接近設(shè)定值；
13、s2.5：持續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)際速度和速度偏差量，不斷調(diào)節(jié)控制量，直到實(shí)際速度穩(wěn)定在設(shè)定值附近，實(shí)現(xiàn)外環(huán)速度閉環(huán)。
14、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s5中，通過(guò)矢量控制模型調(diào)制出五段svpwm驅(qū)動(dòng)雙h橋電路，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)完成運(yùn)動(dòng)包括以下步驟：
15、s5.1：確定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩需求，根據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩需求設(shè)計(jì)矢量控制模型；
16、s5.2：使用矢量控制模型計(jì)算出在不同時(shí)間段內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速期望值；
17、s5.3：將期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為在α、β軸的分量大小；
18、s5.4：將轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的分量結(jié)合svpwm算法，生成五段svpwm信號(hào)序列；
19、s5.5：svpwm通過(guò)控制逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)產(chǎn)生期望的電壓輸出，將svpwm信號(hào)序列轉(zhuǎn)化為雙h橋電路的控制信號(hào)；
20、s5.6：雙h橋電路通過(guò)svpwm信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制，將雙h橋電路的控制信號(hào)輸出到步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)完成所需的運(yùn)動(dòng)。
21、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s5.3中，將期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為在α、β軸的分量大小包括以下步驟：
22、s5.3.1：設(shè)期望轉(zhuǎn)矩為t，期望轉(zhuǎn)速為，將期望轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速值表示為矢量形式得到期望矢量電流（、），其中代表α軸分量，代表β軸分量，表達(dá)式為：
23、；
24、式中，l為電機(jī)的電感，為電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
25、s5.3.2：根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，將矢量電流轉(zhuǎn)換到α、β坐標(biāo)系，使用轉(zhuǎn)子位置信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，表達(dá)式為：
26、；
27、；
28、其中，為電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置角度；
29、s5.3.3：計(jì)算得到的α、β分量為期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速在α、β軸的分量大小。
30、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s5.4中，將轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的分量結(jié)合svpwm算法，生成五段svpwm信號(hào)序列包括以下步驟：
31、s5.4.1：為控制系統(tǒng)設(shè)置基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓與產(chǎn)生三角波的波形發(fā)生器進(jìn)行比較；
32、s5.4.2：使用三角波發(fā)生器生成固定頻率的三角波形；
33、s5.4.3：將參基準(zhǔn)電壓與三角波形進(jìn)行比較，比較結(jié)果產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)；
34、s5.4.4：計(jì)算占空比，計(jì)算公式為：，式中，表示占空比，表示參考電壓，表示峰值三角波電壓；
35、s5.4.5：將占空比應(yīng)用到pwm信號(hào)中，調(diào)整輸出信號(hào)的平均功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制；
36、s5.4.6：根據(jù)計(jì)算出的占空比生成五段svpwm信號(hào)序列，svpwm信號(hào)序列包括a相、b相、c相的pwm波形信號(hào)；
37、s5.4.7：對(duì)a相、b相、c相的pwm波形信號(hào)進(jìn)行分析無(wú)異常后，將生成的svpwm信號(hào)序列輸出到逆變器，用于控制電機(jī)的相電流，實(shí)現(xiàn)期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制。
38、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s5.4.7中，對(duì)a相、b相、c相的pwm波形信號(hào)進(jìn)行分析包括以下步驟：
39、s5.4.7.1：獲取所有pwm波形信號(hào)的pwm頻率偏差、相位異常指數(shù)、總諧波失真幅值以及調(diào)制指數(shù)；
40、s5.4.7.2：綜合計(jì)算pwm頻率偏差、相位異常指數(shù)、總諧波失真幅值以及調(diào)制指數(shù)為每一個(gè)pwm波形信號(hào)生成波形系數(shù)，波形系數(shù)值越大，表明pwm波形信號(hào)越穩(wěn)定，波形系數(shù)的計(jì)算邏輯為：
41、分別為pwm頻率偏差、調(diào)制指數(shù)、總諧波失真幅值乘上比例系數(shù)，比例系數(shù)用于對(duì)pwm頻率偏差、調(diào)制指數(shù)、總諧波失真幅值做歸一化處理，調(diào)節(jié)pwm頻率偏差、調(diào)制指數(shù)、總諧波失真幅值的取值范圍，在pwm頻率偏差、調(diào)制指數(shù)、總諧波失真幅值做歸一化處理后，依據(jù)調(diào)制指數(shù)與波形系數(shù)成正比關(guān)系，pwm頻率偏差、總諧波失真幅值與波形系數(shù)呈反比關(guān)系，通過(guò)相位異常指數(shù)進(jìn)行主導(dǎo)調(diào)節(jié)，綜合計(jì)算pwm頻率偏差、相位異常指數(shù)、總諧波失真幅值以及調(diào)制指數(shù)后獲取波形系數(shù)；
42、s5.4.7.3：獲取pwm波形信號(hào)的波形系數(shù)后，將波形系數(shù)與預(yù)設(shè)的異常閾值進(jìn)行對(duì)比，異常閾值大于0，若波形系數(shù)≥異常閾值，分析pwm波形信號(hào)不存在異常，若波形系數(shù)＜異常閾值，分析pwm波形信號(hào)存在異常，向管理員發(fā)出警示信號(hào)。...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟S2中，速度偏差量、轉(zhuǎn)速、實(shí)時(shí)速度輸入到模糊滑模控制器實(shí)現(xiàn)外環(huán)速度閉環(huán)還包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟S5中，通過(guò)矢量控制模型調(diào)制出五段SVPWM驅(qū)動(dòng)雙H橋電路，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)完成運(yùn)動(dòng)包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟S5.3中，將期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為在α、β軸的分量大小包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟S5.4中，將轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的分量結(jié)合SVPWM算法，生成五段SVPWM信號(hào)序列包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟S5.4.7中，對(duì)A相、B相、C相的PWM波形信號(hào)進(jìn)行分析包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：所述相位異常指數(shù)的獲取邏輯為
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：所述調(diào)制指數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為：；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟S3中，輸出交軸電流、直軸電流與經(jīng)過(guò)Park變換的電機(jī)反饋交軸電流、電機(jī)反饋直軸電流經(jīng)過(guò)偏差運(yùn)算傳遞到電流內(nèi)環(huán)PI控制器包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟s2中，速度偏差量、轉(zhuǎn)速、實(shí)時(shí)速度輸入到模糊滑模控制器實(shí)現(xiàn)外環(huán)速度閉環(huán)還包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟s5中，通過(guò)矢量控制模型調(diào)制出五段svpwm驅(qū)動(dòng)雙h橋電路，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)完成運(yùn)動(dòng)包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟s5.3中，將期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為在α、β軸的分量大小包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟s5.4中...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃陸軍，張啟峰，楊曉梅，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：江蘇夢(mèng)天機(jī)電科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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