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基于(Δcos(?))?ΔI因子的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流優(yōu)化控制研究

2023年電子技術(shù)應(yīng)用第5期

劉兆春1，胡昆2

（1.安徽大學(xué)江淮學(xué)院，安徽合肥 230031；2.西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，陜西西安 710072）

摘要： 脈沖步進(jìn)指令控制的傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)具有開環(huán)定位的特點(diǎn)，無需位置傳感器。而開環(huán)控制的缺點(diǎn)在于當(dāng)發(fā)生過載時(shí)容易導(dǎo)致失步，為了降低失步發(fā)生的概率，步進(jìn)電機(jī)通常以最大電流工作，這會(huì)影響其工作效率。針對(duì)上述問題，提出了一種基于(Δcos(?))?ΔI因子的優(yōu)化步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的控制算法，該算法結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的特性及其步進(jìn)指令脈沖，適用性強(qiáng)，計(jì)算過程簡(jiǎn)單，無需額外設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的機(jī)械或電氣參數(shù)。利用混合式步進(jìn)電機(jī)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)，證明了所提出算法的有效性。

關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電流優(yōu)化控制

中圖分類號(hào)：TP237+.4
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223114
中文引用格式： 劉兆春，胡昆. 基于(Δcos(?))?ΔI因子的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流優(yōu)化控制研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(5)：88-93.
英文引用格式： Liu Zhaochun，Hu Kun. Research on optimal control of driving current of stepping motor based on the factor of(Δcos(?))?ΔI[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(5)：88-93.

Research on optimal control of driving current of stepping motor based on the factor of (Δcos(?))?ΔI

Liu Zhaochun1，Hu Kun2

(1.Jianghuai College of Anhui University， Hefei 230031， China； 2.School of Automation， Northwestern Polytechnical University， Xi′an 710072， China)

Abstract： The traditional stepper motor controlled by pulse command has the characteristics of open-loop positioning without any position sensor. The disadvantage of open-loop control is that it is easy to lead to out of step when overload occurs. In order to reduce the probability of out of step, the stepper motor usually works with the maximum current, which will affect its working efficiency. To solve the above problems, a control algorithm based on the factor of (Δcos(?))?ΔI to optimize the driving current of the stepper motor has been proposed in this paper. The algorithm combines the characteristics of stepper motor and its pulse command, has strong applicability and simple calculation process, and doesn′t need to set additional mechanical or electrical parameters of the stepper motor. Using the measured data of hybrid stepper motor, data simulation experiments have been carried out to prove the effectiveness of the proposed algorithm.

Key words : stepper motor；driving current；optimal control

0　引言

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度高，無需位置傳感器就能精確定位，電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置通過發(fā)送數(shù)字階躍指令脈沖來控制。每發(fā)送一個(gè)步進(jìn)指令脈沖，電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，其值由電機(jī)幾何結(jié)構(gòu)和步進(jìn)算法確定。這樣，在沒有機(jī)械位置傳感器明確反饋的情況下，步進(jìn)電機(jī)很容易控制位置。因此，它被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制定位領(lǐng)域。

然而，當(dāng)電機(jī)過載或卡住時(shí)，會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的預(yù)期位置和實(shí)際位置不符合。為了降低失步風(fēng)險(xiǎn)，傳統(tǒng)的解決方法是使用最大電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)以有限速度運(yùn)動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的效率低下，開環(huán)運(yùn)行也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大。由于上述原因，在要求更高的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用中，基本的開環(huán)算法已不能滿足驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的要求。無傳感器閉環(huán)控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。大多數(shù)無傳感器步進(jìn)電機(jī)算法基于觀測(cè)器技術(shù)或高頻信號(hào)注入。觀測(cè)器的調(diào)整非常復(fù)雜、耗時(shí)，而且通常需要離線數(shù)據(jù)。信號(hào)注入方法可以準(zhǔn)確地估計(jì)轉(zhuǎn)子位置，但需要使用額外的電子設(shè)備來產(chǎn)生所需的高頻脈沖信號(hào)，將大大提高步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用成本。

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作者信息：

劉兆春1，胡昆2

（1.安徽大學(xué)江淮學(xué)院，安徽合肥 230031；2.西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，陜西西安 710072）

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