[发明专利]基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置及方法

权利要求书

1.基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置，包括与两相混合式步进电机(15)相连接的闭环控制装置；所述闭环控制装置包括第四减法器(1)、位置环比例调节器(2)、第三减法器(3)、速度环PI调节器(4)、第一减法器(5)、电流环第一PI调节器(6)、Park逆变换器(7)、空间电压矢量SVPWM控制模块(8)、三相逆变器(9)、第二减法器(10)、电流环第二PI调节器(11)、微分装置(12)和Park变换器(13)；其特征在于：所述两相混合式步进电机(15)通过内置的增量式光电编码器(14)输出实时转子位置θ到第四减法器(1)、Park逆变换器(7)、微分装置(12)和Park变换器(13)；所述两相混合式步进电机(15)输出两相静止坐标系下的电流ia和ib到Park变换器(13)；

第四减法器(1)根据参考位置θ_ref和实时转子位置θ输出位置偏差e_θ到位置环比例调节器(2)；

位置环比例调节器(2)输出参考速度ω_ref到第三减法器(3)；

微分装置(12)输出实时转子速度ω到第三减法器(3)；

第三减法器(3)输出速度偏差e_ω到速度环PI调节器(4)；

速度环PI调节器(4)输出q轴参考电流iq_ref到第一减法器(5)；

Park变换器(13)输出q轴实际电流iq到第一减法器(5)；Park变换器(13)输出d轴实际电流id到第二减法器(10)；

第一减法器(5)输出q轴实际电流偏差e_q到电流环第一PI调节器(6)；

电流环第一PI调节器(6)输出q轴电压u_q到Park逆变换器(7)；

第二减法器(10)根据d轴参考电流id_ref和d轴实际电流id输出d轴实际电流偏差e_d到电流环第二PI调节器(11)；

电流环第二PI调节器(11)输出d轴电压u_d到Park逆变换器(7)；

Park逆变换器(7)输出α轴电压u_α和β轴电压u_β到空间电压矢量SVPWM控制模块(8)；

空间电压矢量SVPWM控制模块(8)输出PWM波到三相逆变器(9)，再通过三相逆变器(9)控制两相混合式步进电机(15)运行。

2.根据权利要求1所述的基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置，其特征在于：

所述空间电压矢量SVPWM控制模块(8)输出六路PWM波到三相逆变器(9)；

所述三相逆变器(9)包括包括第1半桥的上桥臂功率开关管(16)、第1半桥的下桥臂功率开关管(17)、第2半桥的上桥臂功率开关管(18)、第2半桥的下桥臂功率开关管(19)、第3半桥的上桥臂功率开关管(20)、第3个半桥的下桥臂功率开关管(21)；

所述第1个半桥的上桥臂功率开关管(16)与第1个半桥的下桥臂功率开关管(17)连接构成第一桥臂，第2个半桥的上桥臂功率开关管(18)与第2个半桥的下桥臂功率开关管(19)连接构成第二桥臂，第3个半桥的上桥臂功率开关管(20)与第3个半桥的下桥臂功率开关管(21)连接构成第三桥臂；

所述两相混合式步进电机(15)的绕组A(22)的一端连接在第1个半桥的上桥臂功率开关管(16)和第1个半桥的下桥臂功率开关管(17)的接头处，另一端连接在第2个半桥的上桥臂功率开关管(18)和第2个半桥的下桥臂功率开关管(19)的接头处；所述两相混合式步进电机(15)的绕组B(23)的一端连接在第2个半桥的上桥臂功率开关管(18)和第2个半桥的下桥臂功率开关管(19)的接头处，另一端连接在第3个半桥的上桥臂功率开关管(20)和第3个半桥的下桥臂功率开关管(21)的接头处。

3.利用如权利要求1或2所述基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置进行两相步进电机闭环驱动装置的方法，其特征在于：

所述空间电压矢量SVPWM控制模块(8)根据第1半桥的上桥臂功率开关管(16)、第1半桥的下桥臂功率开关管(17)、第2半桥的上桥臂功率开关管(18)、第2半桥的下桥臂功率开关管(19)、第3半桥的上桥臂功率开关管(20)和第3个半桥的下桥臂功率开关管(21)的导通和关断的不同组合，形成八种工作状态，从而构成了八个空间矢量，其中包括六个非零矢量v₁、v₂、v₃、v₄、v₅和v₆及两个零矢量v₀和v₇，六个非零矢量将整个矢量空间分成了第I扇区，第II扇区，第III扇区，第IV扇区，第V扇区和第VI扇区六个扇区；

当参考矢量u_ref此时所处第I扇区时，参考矢量u_ref等效作用于相邻的非零基本空间电压矢量V₁和V₂的时间t₁和t₂分别为：

t1=(Uα-Uβ)Tsudc,t2=UβTsudc]]>

六路PWM波的每一路PWM波的周期都为Ts，u_dc为接在三相逆变器(9)上的直流电压，Ts和u_dc是人为设定的；U_α和U_β为参考矢量u_ref在α和β坐标系上的电压，即为α轴电压u_α和β轴电压u_β；

当参考矢量u_ref此时所处第II扇区时，参考矢量u_ref等效作用于相邻的非零基本空间电压矢量v₂和v₃的时间t₂和t₃分别为：

t2=UαTsudc,t3=(Uβ-Uα)Tsudc]]>

当参考矢量u_ref此时所处第III扇区时，参考矢量u_ref等效作用于相邻的非零基本空间电压矢量v₃和v₄的时间t₃和t₄分别为：

t3=UβTsudc,t4=-UαTsudc]]>

当参考矢量u_ref此时所处第IV扇区时，参考矢量u_ref等效作用于相邻的非零基本空间电压矢量v₄和v₅的时间t₄和t₅分别为：

t4=(Uβ-Uα)Tsudc,t5=-UβTsudc]]>

当参考矢量u_ref此时所处第V扇区时，参考矢量u_ref等效作用于相邻的非零基本空间电压矢量v₅和v₆的时间t₅和t₆分别为：

t5=-UαTsudc,t6=(Uα-Uβ)Tsudc]]>

当参考矢量u_ref此时所处第VI扇区时，参考矢量u_ref等效作用于相邻的非零基本空间电压矢量v₆和v₁的时间t₆和t₁分别为：

t6=-UβTsudc,t1=UαTsudc]]>

空间电压矢量SVPWM控制模块(8)通过t₁、t₂、t₃、t₄、t₅和t₆计算参考矢量u_ref位于不同扇区时输出的六路PWM波的占空比，从而空间电压矢量SVPWM控制模块(8)输出相应的六路PWM波到三相逆变器(9)。