一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法技术

一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，根据给定位置角

【技术实现步骤摘要】
一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法
本专利技术涉及多相步进电机驱动
，尤其涉及一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法
技术介绍
混合式步进电机由于功率密度高、定位精度高，在位置控制应用领域得到广泛使用。为了降低电机制造成本，混合式步进电机定子绕组通常为两相，采用四桥臂进行供电。这种驱动结构带来两个使用上的问题：(1)由于采用两相绕组，没有中心线，两套绕组中不可避免存在零序电流分量，从而导致电机在低速运行区存在震荡，电机运行不平静；(2)由于混合式步进电机极对数很高(通常为50对极)，这样导致实际绕组电流跟踪控制运行速度很低，绝大多数情况下电机运行在绕组电流开环状态，此时加在绕组端部的电压为矩形波；这种矩形波电压直接使得绕组电流存在很多谐波分量，从而产生很大的转矩脉动，使得电机中高转速区运行不平静。为了减弱两相混合式步进电机驱动系统的运行噪音，可以采用多相混合式步进电机驱动，其中五相混合式步进电机是一种较佳的结构。五相混合式步进电机采用五相桥臂的逆变器供电驱动，无论电机运行于低速运行区，还是中高转速运行区，均可以在电机相绕组上产生近似正弦波的电压，这样大大减小了绕组电流的谐波；同时，由于电机绕组为多相结构，即使逆变桥臂功率管损坏或电机绕组断路，还可以利用剩余健康相桥臂或剩余健康相绕组实现电机容错运行，从而使得五相混合式步进电机驱动系统可靠性明显比两相混合式步进电机驱动系统高。五相混合式步进电机绕组无故障时，施加在五相绕组上的电压及电流为对称五相波形，在电机气隙中产生圆形轨迹的旋转磁场，该磁场与转速永磁体相互作用产生平稳的电磁转矩。但当绕组缺一相后，显然剩余健康4相绕组不再对称，若在剩余健康4相绕组中流过绕组无故障时的电流时后，在气隙中就会产生椭圆形轨迹磁场，该磁场与转子永磁体作用就会产生较大的转矩脉动，使得电机运行不平稳，产生很大的运行噪音，如何减少转矩脉动是五相混合式步进电机缺一相运行中期待解决的科学问题。为此，本专利技术提出一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，在绕组缺一相情况，基于虚拟变量定义获得对称的混合式步进电机数学模型，基于此构建微步控制闭环，最终实现了电机缺一相后平稳运行。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，目的是基于虚拟变量定义的电机缺一相后的对称数学模型，利用电流闭环的方式实现转子以开环微步方式运行，降低了五相混合式步进电机缺一相后的转矩脉动。为实现上述目的，本专利技术提供如下的技术方案：一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1：利用电流传感器及其检测通道对剩余健康相B～E电流进行检测，检测出B～E相电流isB～isE；步骤S2：把B～E相电流isB～isE送给T4变换矩阵，输出输出α轴定子电流isα、β轴定子电流isβ、z1零序电流isz1：其中，isz2为z2零序电流；步骤S3：根据α轴定子电流isα、β轴定子电流isβ计算α轴虚拟定子电流ixsα、β轴虚拟定子电流ixsβ：步骤S4：根据α轴虚拟定子电流ixsα、β轴虚拟定子电流ixsβ、α轴虚拟定子电流给定及β轴虚拟定子电流给定计算α轴及β轴虚拟电流控制误差eα、eβ：步骤S5：根据z1零序电流isz1、z1零序电流给定计算z1零序电流控制误差ez1：步骤S6：把α轴及β轴虚拟电流控制误差eα、eβ及z1零序电流控制误差ez1送给α轴及β轴虚拟电流PI控制器、零序电流PI控制器，输出α轴及β轴虚拟定子电压给定及z1零序电压给定其中，Kp、Ki分别为电流PI控制器的比例系数和积分系数；步骤S7：根据α轴及β轴虚拟定子电压给定计算α轴及β轴定子电压给定步骤S8：根据α轴及β轴定子电压给定及z1零序电压给定按照多相逆变器器脉宽调制方法，计算出剩余健康4相B～E桥臂功率开关占空比DB～DE，并送给B～E桥臂功率开关，实现α轴及β轴虚拟定子电流及z1零序电流闭环控制。进一步，所述步骤S4中，α轴虚拟定子电流给定及β轴虚拟定子电流给定计算方法如下：4.1)把外部脉冲及方向信号送给可逆计算器，获得外面脉冲计算值N；4.2)把脉冲计算值N及每个脉冲代表的微步角Δθ送给给定位置角计算环节，获得给定位置角4.3)根据给定位置角及虚拟定子电流幅值给定计算出α轴虚拟定子电流给定及β轴虚拟定子电流给定再进一步，所述步骤S5中，z1零序电流给定由零序电流isz1给定环节输出，直接为零，即或者根据剩余健康4相电流isB～isE幅值相等算法获得z1零序电流给定值本专利技术以缺失A相为例，技术方案是：外部脉冲计数值N及微步角Δθ送给给定位置角计算环节，计算出给定位置角根据给定位置角虚拟定子电流幅值给定计算出α轴虚拟定子电流给定及β轴虚拟定子电流给定剩余四相B～E电流isB～isE经过T4变换矩阵变换后，输出α轴定子电流isα、β轴定子电流isβ、z1零序电流isz1；根据αβ轴虚拟定子电流定义，计算出α轴虚拟定子电流ixsα、β轴虚拟定子电流ixsβ；α轴虚拟定子电流控制误差送给α轴电流PI控制器，输出α轴虚拟定子电压β轴虚拟定子电流控制误差乘以5/3系数后，送给β轴电流PI控制器，输出β轴虚拟定子电压z1零序电流控制误差送给零序电流PI控制器，输出z1零序电压给定根据αβ轴虚拟定子电压与αβ轴定子电压关系，计算出α轴定子电压给定β轴定子电压给定把α轴定子电压给定β轴定子电压给定及z1零序电压给定送给剩余健康相逆变桥臂占空比计算环节，输出剩余健康相逆变桥臂占空比DB～DE，并送给五相逆变器剩余4相B～E桥臂功率管进行控制，从而实现αβ轴虚拟定子电流跟踪各自的给定值，使得实际转子旋转角θr跟踪给定位置角以微步方式变化，最终实现了五相混合式步进电机缺一相微步控制运行，大幅度减小了缺一相后转矩脉动，提高了五相混合式步进电机驱动运行的可靠性。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)借助于虚拟定子电流、虚拟定子电压及虚拟定子磁链的定义，实现了基于虚拟变量的五相混合式步进电机缺一相后的数学模型对称，消除了电磁转矩中与αβ轴定子电流乘积相关联的脉动分量；(2)采用恒定幅值的αβ轴虚拟定子电流闭环控制，转子位置角θr紧密跟随给定位置角实现了转子旋转微步运行；(3)由于实现了五相混合式步进电机缺一相后的数学模型对称及虚拟定子电流矢量旋转的微步控制，使得电磁转矩脉动更低，转子旋转更加平稳；(4)由于本专利技术没有采用转子位置角传感器，使得五相混合式步进电机驱动系统成本更低，可靠性更高。附图说明图1为本专利技术提出的低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法结构框图。图2为本专利技术的实施例驱动系统硬件结构。图3为本专利技术坐标系及变量矢量定义。...

【技术保护点】
1.一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤S1：利用电流传感器及其检测通道对剩余健康相B～E电流进行检测，检测出B～E相电流i

【技术特征摘要】
1.一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：利用电流传感器及其检测通道对剩余健康相B～E电流进行检测，检测出B～E相电流isB～isE；
步骤S2：把B～E相电流isB～isE送给T4变换矩阵，输出输出α轴定子电流isα、β轴定子电流isβ、z1零序电流isz1：






其中，isz2为z2零序电流；
步骤S3：根据α轴定子电流isα、β轴定子电流isβ计算α轴虚拟定子电流ixsα、β轴虚拟定子电流ixsβ：



步骤S4：根据α轴虚拟定子电流ixsα、β轴虚拟定子电流ixsβ、α轴虚拟定子电流给定及β轴虚拟定子电流给定计算α轴及β轴虚拟电流控制误差eα、eβ：



步骤S5：根据z1零序电流isz1、z1零序电流给定计算z1零序电流控制误差ez1：



步骤S6：把α轴及β轴虚拟电流控制误差eα、eβ及z1零序电流控制误差ez1送给α轴及β轴虚拟电流PI控制器、零序电流PI控制器，输出α轴及β轴虚拟定子电压给定及z1零序电压给定



其中，Kp、Ki分别为电流P...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洁茹，洪榛，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33