[发明专利]一种混合式步进电机的高速高转矩实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机改进领域，具体的来说是涉及一种混合式步进电机的高速高转矩实现方法。

背景技术

混合式步进电动机因具有运行效率高，输出转矩大等优点而获得广泛应用。对现阶段典型的对极两相混合式步进电机，采用开环控制时阻尼系数很小，转子振荡剧烈，尤其中频振荡限制了电机调速范围和动态响应速度，且开环控制时，转子易出现失步的危险。在要求调速范围宽，响应速度快的场合，开环控制驱动系统的应用受到限制。牵出转矩是指在某一运行频率下电动机所能提供的电磁转矩的最大值。也即是对于每一个频率点，都可以找到一个负载角度，使该角度下的电磁转矩最大。对每一个频率点，都有一个要求的牵出转矩，其牵出特性也即是电机的矩频特性。由于现有的电机控制方法中随着电机的速度加快，转矩开始变小，因此使得在高速旋转的过程中转矩力比较小，不能满足人们的需求。

发明内容

本发明提供一种混合式步进电机的高速高转矩实现方法，解决现有步进电机的高转速力矩小的问题。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种混合式步进电机的高速高转矩实现方法，包括如下步骤：

步骤1：选取固定电机，系统初始化，依次读取对片内外预设置的存储参数；

步骤2：编码器采集电机位置反馈值传给电角度计算器、速度计算器和P控制器，电角度计算器根据位置反馈值计算出电机当前的电角度 并传给Park变换器和反Park变换器，速度计算器根据位置反馈值计算出速度反馈信息Spd_F并传给PI控制器Ⅰ；

步骤3：P控制器把接收的位置反馈值Pos_F与预设置的参考位置Pos_R做差值后的结果是否大于用户所设定的最大值，当大于时，驱动器应停止工作，并输出报警信号，当不大于时，P控制器执行算出参考速度Spd_R并传给PI控制器Ⅰ；

步骤4：PI控制器Ⅰ接收参考速度Spd_R与速度反馈信息Spd_F做差值得到速度控制误差；

步骤5：根据速度控制误差判断电机速度是否大于用户设定的最大速度，当大于时，停止驱动器的工作，并输出报警信号，不大于时，执行PI控制器Ⅰ计算Q轴电流的控制电流参考值Iq_R并传给PI控制器Ⅱ；

步骤6：Park变换器采集电机两相的的电流Ia_F和Ib_F，并根据电流Ia_F、电流Ib_F和电角度算出Q轴电流的控制电流值Iq_F，并把控制电流值Iq_F传给PI控制器Ⅱ和PI控制器Ⅲ；

步骤7：PI控制器Ⅱ和PI控制器Ⅲ根据控制电流值Iq_F和控制电流参考值Iq_R通过d-q轴变换分别算出控制电压Vq和控制电压Vd；

步骤8：反Park变换器根据控制电压Vq、控制电压Vd和电角度算出双H桥逆变电路的控制电压Va和Vb；

步骤9：双H桥逆变电路采用恒转矩控制方式控制电机根据转速输出最大力矩。

上述方案中，优选的是固定电机位30对极电机。

上述方案中，优选的是步骤4中参考速度Spd_R（）的计算根据下式：

其中，为绕线端电压，为定子磁链，为极对数。

上述方案中，优选的是步骤7中算出控制电压Vq和控制电压Vd的算式为：

其中，d轴产生的电压为，而q轴产生的电压为，电机磁通量，为电机运行转速，为电机一相绕组的阻值。

上述方案中，优选的是步骤9中恒转矩控制方式的具体过程为，根据下式：

其中，为d-q轴合成电压，为给定的控制电流值Iq_F，为反电动势，为d-q轴电感与绕线端电感相，为速度反馈信息Spd_F，R为电机电阻值，为控制电参考流值Iq_R，

进一步运算得到：

从而得到力矩的产生，其中为常数。

本发明的优点与效果是：

1、本发明通过在通过在使用闭环控制方法对30对极电机进行控制，从而能使得30对极电机在高转速过程中也能保持较大的力矩，能够大大的提高了电机在高速转动时的牵引力。

2、本发明通过提高相电流、提高驱动电压、优化驱动器性能，都可以提高步进电机的高速性能。

附图说明

图1为本发明的控制结构框图；

图2为本发明总体控制流程图；

图3为本发明执行位置环和速度环的控制算法流程图；

图4为本发明矢量控制流程图；

图5为本发明的效果图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。