[发明专利]一种两相混合式步进电机闭环控制方法

说明书

本发明提供了一种两相混合式步进电机闭环控制方法，其涉及的控制系统包括编码器、电流采集器、数学模型、卡尔曼观测器、模糊自适应控制器和矢量控制器；其包括如下步骤：步骤S1：通过编码器得到角度和角速度；通过电流采集器得到电流；步骤S2：电流经过数学模型得到输出力矩；步骤S3：角度、角速度和输出力矩经过卡尔曼观测器进行数据的融合处理，得到角度反馈值、角速度反馈值和角加速度反馈值；步骤S4：角度期望值、角度反馈值、角速度反馈值和角加速度反馈值经过模糊自适应控制器，得到Q轴电流期望值；步骤S5：电机运行中，D轴电流期望值保持为零；Q轴电流期望值、D轴电流期望值和电流采集器得到的电流经过矢量控制器，得到控制量对电机进行控制。

技术领域

本发明涉及一种两相混合式步进电机闭环控制方法，属于电机驱动器领域。

背景技术

步进电机自出现以来，经过了十几年的发展，目前已广泛应用在各种自动控制系统中。步进电机的下游产业包括数控机床、工业自动化、办公自动化、印刷设备和家用电器等领域。随着全球工业4.0时代的来临以及智能硬件的兴起，作为机电一体化的关键部件，传统的步进电机控制系统已经难以满足未来的需要，急需一种精度高且运行平稳的步进电机控制系统。

步进电机是一种将数字式脉冲信号转换成机械位移(角位移或线位移)的机电执行元件，具有动态力矩大、抗干扰能力强和定位精度高等优点，被广泛应用于数控装置、自动化仪器等机电一体化设备中。步进电机的位移与输入的数字脉冲有着严格的对应关系，即一个脉冲信号可使步进电机前进一步，故又称为脉冲电机。要想控制步进电机良好地工作，必须有合适可靠的驱动装置。步进电机的开环控制容易实现，但是开环控制控制精度差，而且无法克服步进电机的系统误差，步进电机的系统误差必须通过闭环来解决。

在现有的闭环控制系统中，位置环与速度环控制的自适应性不好，基于编码器反馈的误差较大，难以适应不同场合的应用。

中国专利201210422712.3公开了一种步进电机的控制系统及控制方法，其中系统包括：控制器，用于产生对两相混合式步进电机进行控制的控制指令；数字信号处理模块，与控制器相连接，用于接收控制指令，将控制指令转化为两相混合式步进电机的运行参数，由运行参数控制产生的脉冲信号符合指数型加减速曲线；电机驱动模块，与数字信号处理模块相连接，用于将脉冲信号进行功率放大，根据放大后的脉冲信号驱动两相混合式步进电机以旋转方向、旋转圈数、最大速度从起始位置运行到终点位置。

中国专利201010227434.7公开了一种混合式步进电机直接自控制方法，其特征在于：在每一个控制周期中，获得绕组电流及绕组端电压后，根据混合式步进电机的瞬态数学模型估计出瞬时定子磁链和瞬时电磁转矩；由转子位置角或速度闭环调节器输出给定转矩；将给定转矩和瞬时转矩进行比较，给定磁链和瞬时磁链进行比较，由比较结果，直接选择逆变器的五个空间电压矢量当中最优的一个作用于混合式步进电机，通过插入零电压矢量来调节定子磁链矢量瞬时转速。

目前应用于步进电机的控制系统主要有两种：

1、开环控制系统，其缺点是：存在失步、振荡、启动困难、效率较低等问题；

2、结合较为普通的PID控制的闭环控制系统，其缺点是：自适应性有待提高，在不同应用场合需要分别调节。

上述现有技术的系统精度以及速度性能的都处于较低的水平，本发明立足于闭环控制系统，增加位置与速度的反馈环路及模糊自适应控制技术，最终形成一种两相混合式步进电机闭环控制系统，提高步进电机控制系统的控制精度与应用范围。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种两相混合式步进电机闭环控制方法，其立足于闭环控制系统，增加位置与速度的反馈环路及模糊自适应控制技术，最终形成一种两相混合式步进电机闭环控制系统，提高步进电机控制系统的控制精度与应用范围。