【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于步進電機控制，具體設計一種減少轉矩波動的步進電機控制系統及控制方法。
技術介紹
1、兩相混合式步進電機是一種常用的步進電機類型，它結合了永磁式和反應式步進電機的優點。這種電機有兩個相位的繞組，通過控制電流在這些繞組中的流動，可以精確地控制電機的旋轉角度和速度。由于其具有較高的控制精度，廣泛應用于工業自動化、精密儀器、辦公自動化設備等領域。
2、由于兩相混合式步進電機的轉子具有多個齒槽結構，當轉子在運行過程中，磁場的變化會導致轉子在齒槽之間的跳動，產生了一種周期性的力矩波動，即齒槽轉矩。齒槽轉矩可能導致步進電機在工作時出現振動和不穩定現象，影響定位精度。
3、現有技術中，可以通過微步驅動有效減少齒槽轉矩，但微步驅動實現比較復雜，控制算法要求高。此外，微步驅動通常會導致驅動電流增大，從而增加熱量和能耗。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題在于克服現有技術中兩相混合式步進電機的齒槽轉矩影響定位精度并且控制方法實現比較復雜的缺陷，從而提供一種減少轉矩波動的步進電機控制系統及控制方法。
2、一種減少轉矩波動的步進電機控制方法，控制方法包括以下步驟：
3、步驟s1：建立步進電機的數學模型，包括電壓方程、磁鏈方程和機械動力學方程；
4、步驟s2：構建干擾觀測器，用于估算所述步進電機的齒槽轉矩和其他外部干擾力矩，定義為等效干擾力矩，所述干擾觀測器包括低通濾波器；
5、步驟s3：構建動態齒槽轉矩補償器，用
6、步驟s4：構建速度控制器，所述速度控制器用于基于所述干擾觀測器和所述動態齒槽轉矩補償器的輸出，計算補償電流調整所述步進電機的速度。
7、進一步的，所述步驟s1中，所述步進電機的所述電壓方程為：
8、；
9、所述磁鏈方程為：
10、；
11、所述機械動力學方程為：
12、；
13、其中，ud、uq為分別為所述步進電機d、q軸電壓，rd、rq分別表示所述步進電機的d、q軸電阻，id、iq分別為所述步進電機d、q軸電流，ld和lq表示所述步進電機的d、q軸電感，t表示時間，φd、φq分別為所述步進電機d、q軸的磁鏈，θ表示位置角，表示步進電機輸出的電磁轉矩，為負載轉矩，為齒槽轉矩，φmax為電機繞組最大磁鏈值，ω為電機角速度，p為電機極對數，j為步進電機以及負載總轉動慣量，b為粘滯摩擦系數。
14、進一步的，所述步驟s2中，所述干擾觀測器的傳遞函數設計為具有特定極點的低通濾波器。
15、進一步的，所述步驟s2中，所述等效干擾力矩為：
16、；
17、所述干擾觀測器的傳遞函數：
18、；
19、其中，為轉矩常數，表示期望q軸電流，表示步進電機轉子的角速度，為所述干擾觀測器的極點，為慣性轉矩，s為傳遞函數。
20、進一步的，所述步驟s3中，所述動態齒槽轉矩為：
21、；
22、其中，為通過數學模型預測的齒槽轉矩。
23、進一步的，所述步驟s4中，所述速度控制器計算的補償電流通過結合所述干擾觀測器的估算值和所述動態齒槽轉矩補償器的輸出來確定。
24、進一步的，所述步驟s4中，所述補償電流為：
25、；
26、其中，為所述步進電機的轉矩常數。
27、一種減少轉矩波動的步進電機控制系統，通過上述控制方法完成所述步進電機的控制，包括比例系數控制器、比例增益、第一比例積分控制器、第二比例積分控制器、第三比例積分控制器、干擾觀測器、動態齒槽轉矩補償器、速度控制器、反park變換器、控制器、park變換器；
28、所述park變換器獲取所述步進電機的反饋電流和反饋角度，輸出d軸反饋電流和q軸反饋電流；
29、所述干擾觀測器獲取所述步進電機的反饋速度，輸出等效干擾力矩；
30、所述動態齒槽轉矩補償器獲取所述步進電機的反饋角度，輸出動態齒槽轉矩；
31、所述速度控制器獲取所述等效干擾力矩和所述動態齒槽轉矩，輸出補償電流；
32、第一相加點將給定位置減去反饋位置，輸出到所述比例系數控制器；
33、所述比例增益獲取給定速度，第二相加點將所述比例系數控制器和所述比例增益的輸出相加，減去所述步進電機的反饋速度，輸出到第一比例積分控制器；
34、第三相加點將所述第一比例積分控制器和所述補償電流相加；
35、第四相加點將所述第三相加點的輸出減去所述q軸反饋電流，輸出到所述第三比例積分控制器，所述第三比例積分控制器輸出q軸電流環路控制量；
36、第五相加點將所述d軸給定電流減去所述d軸反饋電流，輸出到所述第二比例積分控制器，所述第二比例積分控制器輸出d軸電流環路控制量；
37、所述反park變換器獲取所述q軸電流環路控制量和所述d軸電流環路控制量，輸出a相控制電壓和b相控制電壓到pwm控制器；
38、所述pwm控制器控制所述步進電機。
39、進一步的，所述控制系統控制的步進電機為兩相混合式步進電機。
40、有益效果：本專利技術提供了一種減少轉矩波動的步進電機控制系統及控制方法，控制方法通過構建一個包含低通濾波器的干擾觀測器估計電機運行中的齒槽轉矩和其他外部干擾力矩，同時構建一個包含高通濾波器的動態齒槽轉矩補償器補償高頻周期產生的動態齒槽轉矩，并且構建一個速度控制器，結合干擾觀測器和齒槽轉矩補償器，計算補償電流來調整電機速度，從而通過精確控制能夠有效減小兩相混合式步進電機的轉矩脈動，提高電機運行的穩定性和效率，進一步提高了所述步進電機的控制精度。
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1.一種減少轉矩波動的步進電機控制方法，其特征在于，控制方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種減少轉矩波動的步進電機控制方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述步進電機的所述電壓方程為：
3.根據權利要求1所述的一種減少轉矩波動的步進電機控制方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述干擾觀測器的傳遞函數設計為具有特定極點的低通濾波器。
4.根據權利要求3所述的一種減少轉矩波動的步進電機控制方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述等效干擾力矩為：
5.根據權利要求3所述的一種減少轉矩波動的步進電機控制方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述動態齒槽轉矩補償器的高通濾波器的截止頻率與所述干擾觀測器的極點相匹配。
6.根據權利要求5所述的一種減少轉矩波動的步進電機控制方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述動態齒槽轉矩為：
7.根據權利要求5所述的一種減少轉矩波動的步進電機控制方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述速度控制器計算的補償電流通過結合所述干擾觀測器的估算值和所述動態齒槽轉矩補償器的輸出來確定。
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