步进电机闭环控制系统

哈尔滨工业大学并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。【叙?词】闭环系统／高精度定位是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1-但是，的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实???步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或）速度反馈来确定与转子位置相适应的机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点：???a．随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩充分转换成转矩。???e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。???f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出：式中n-步进电动机转换拍数(N>n)???闭环驱动的的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。闭环驱动具有步进电动控制的步进电动机将获得广泛应用。3编码器形式的步进电动机阕环控制系统????的闭环控制最早是采用编码器的形式，图1是其原理示意图。初始状态，系统受一相到控制单元上，控制单元在“起动”脉冲的作用下，立即把步进命令送入相序发生器，使激磁变化一次，后续的脉冲则由编码器装置产生。编码器每产生一个脉冲，就对法计数器减1，信号到控制单元，禁止以后的步进命令，系统停止工作。器的组合件，如图2所示，槽口的数目等于电机每转所走的步数。码器，感应同步器增量编码器等。???由于反馈编码器价格昂贵，而且为了把编码器安放到步进电动机的轴上，要求系统具有更大的体积，这二大缺陷限制了编码器形式的步进电动机闭环控制系统的应用。4波形检测形式的步进电动机闭环控制系统????波形检测形式的闭环控制系统的原理是通过对步进电动机相电流或绕组反电势（或绕控制步进电动机运动。??????图3是其原理图。波形检测器是由简单的电子线路构成，价格便宜，如果需要，可直接安装在控制器逻辑线路中，步进电动机不需附加的机械连接。利用电流检测的步进电动机闭环控制系统????用电流检测的闭环控制是基于某些反应式步进电动机的相电流在一定速率范围内出现个波峰，应在哪一种状态下进行检测，可根据电机的实际运行确定。如图4所示，电流检测可通过在电流回路中插入一个已知阻值的小电阻，测量电流通过时的电压实现。波峰检测线路一般均采用模拟微分法，波峰用di/dt经过零值表示。检测原理图如图5所示。利用反电势检测的步进电动机闭环控制系统从实质上讲，就是一台交流两相同步电动机，可用图6所示的模墅描述。???θ——转子角位移???N——转子齿数转子位置信号体现在反电势的相位上(sinNθ和cosNθ)。转子的速度可由反电势的幅值得出???由于步进电动机绕组中的反电势反映了转子的角位置和角速度，因此，构成反馈的关?辅助线圈法的原理如图7所示，这个图示出的仅是1相的回路，检测线圈对绕在定子极???变压器的初级线圈与定子绕组相串联，次级线圈的感应电压可写成：???图8所示的线路可仿真式(9)右边的3项，其输出即为反电势Vim=KsinNθ·θ。????利用辅助线圈法和逻辑仿真法得到反电势Uim后，就可对反电元，作为后续脉冲，就可形成闭环控制。???这种反电势检测形式的闭环控制，在低速运行时是很难的，因此，在实际运行时，需利用反电势电流检测的步进电动机闭环控制系统???检测由绕组反电势所引起的电流，从而进行闭环控制，是一种线路比较简单的闭环式中ω——转角角速度(ω=θ)??闭环控制所需的反应脉冲可通过Id波形过零检测实现.电流差值信号Id则利用图????无论是采取编码器形式,还是采取波形检测形式,要构成闭环检测,形成后续脉冲.但是,要构成闭环系统,单单能形成后续脉冲还是不过的,还必须能正确地悬着转换角，即选择形成5转换角的选择???通常转换角小时所产生的稳态转速较高，而且不同运行频率下，能够产生最大（或最小）稳态转矩的转换角是不一样的。α,可表示成：?????一台步进电动机的典型运动过程，包括加速、稳速、减速三个运动区段。这些运动状态的实现，就是通过转换转角的改变来完成的，从式(15)和式(16)，可看出，只要通过速度反馈，适时改变转换角，就能达到整个运动过程的转矩最优控制，提高带载能力，另外，很值得说明的一点是，运动过程的转矩最优控制与运动过程的时间最优控制是一致的。???闭环系统中，改变转换角的方法有脉冲注入法和时间延迟法2种。使电机的换相顺序发生改变，从而达到改变转换角的目的。???所谓时间延迟法是在反馈器与控制单元之间加入一个时间延迟装置，使反馈器发出换相信号与实际换相之间产生一定的时间间隔。???在有些情况下，为了使控制系统简单化，常常选择一个固定不变的转换角。这个转换角的选择取决于电机一负载参数和要求走过的距离。如果目标位置离初加以补偿。6步进电动机的高精度定位系统设想???经常作为伺服元件应用于数字控制系统的步进电动机，定位精度是一项基本的要求。作位置传感器构成闭环系统，而且驱动电源也必须采用细分的形式。图10是这种高精度定?????将指令所要求完成的角度作为预置角置入函数变压器，使其原端抽头处于预置位置，???X-对应匝数为Ⅳf函