基于混合PWM模式的步进电机的研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｌ６ １
童 舛技 媳茬
２ ０ 第２ ０年 期 １
基 于混合 Ｐ ＷＭ 模 式 的步 进 电机 的研 究
徐洪香 ， 杨韶锋 ， 侯
摘
涛
（ 中国矿业大学， 江苏 徐 州 ２ １０ ） ２ ０ ８ 要 以往的调制技术是通过模拟 的或者 简单数 字来实现的， 实验证 明这种 技术不能发挥 电机 的最 大性 能。而将 Ｄ Ｐ驱 动器 或微控制器 Ｓ
方式一需要设置大量 自动 调量 的调节 阀及 远程 控 制 系统 ， 投资较 大 ； 方式 二需 要 设 置大 量 的变频 调 速 器、 自动调节阀及 相应 的远程 控制 系统 ， 资最大 ； 投 方
应用到步进电机 上， 采用混合 Ｐ ＷＭ脉 宽调制技术后 ， 步进 电机的性能得到更好的提 高， 从而能够实现我们对其 更多的要求。 关键词 步进 电机 混合 Ｐ ＷＭ 模式
文献标识码
硬件开关
Ａ
软件开关
中图分类号 Ｔ ８ ． Ｍ３ ３６
２ Ｐ ＷＭ 的 实 现
１ 步 进 电机的微 步控 制
众所周知 ， 步进 电机的典 型特点 是在 转速 为零时 仍能保持恒定 的转 矩 ， 就好 比给 电机提供 的是直 流 电 压。其缺点是在转 子旋转过程 中由于锯齿效应 而产生 固有的带严重谐 波的转矩 ， 事实上 在步进 运动 时会 产 生一系列 的影响转子旋转 的步进位 置。给定 子绕组提 供电流脉 冲， 它将 产生一 个很 大的谐 波力矩 。而且 谐 波成分能产生不同的角加速度 ， 因而产 生了机械振动 ， 这有 可能降低 电机在高速运转 时定位 的精度。为了使 转子转动平滑 ， 以制造一个 新 的平 衡位 置以减小 步 可 距角和不稳定的加 速度 。后者 的技术要求专 门提供 波 形 和已经提到的微 步控制 。图 １ 以充分 的表 明全步 可 运行 时的波形和微 步运行 时的波形 的比较 。
４ 效果分 析 ４ １ 投 资角度 分析 ．
过上述 分析不 难看 出 ， 从节 能角度讲 ， 方式二 、 三优 于 方式一 。 ４ ３ 从使 用效 果及 操作便 利性分 析 ．
提 高选煤厂 的 自动化 程度 ， 以将操作 工人从 繁 可 重 的劳动 中解放 出来 ， 使选煤厂的生产效 率提高 、 能耗 降低 。 但是 ， 目前选煤 厂设计 中对 自动 化水平 的理解 存 在一定误 区， 为所谓 提高选煤 厂 自动化水 平就是 能 认 参加集控 的设备甚至 阀门都要参加集控 。如桶 液位平 衡设计 中的方 式一 ， 厂房所有缓 冲桶液 位平衡通 过 主 计算机 自动控制或集控室操作人员控制 。结合 多个选 煤厂的调试经验 ， 笔者认为 ， 这种设计尽管 自动化程 度 较高 ， 但是没有太大 的意义 ， 同时还会造成控制 系统复
式中 ：ｒ 表示每转一 圈所需 的步数 ； Ｓ一
ｐ ｍ一表示每步细分 的数 目。
｝收稿 日期 ：０ ９—０ ２ ２０ ９— ３
作者简介 ： 徐洪香 （ ９２一 ， ， １ ８ ） 女 山东肥城人 ， 本科学历 ，０４年参 ２０
加 工作于肥城矿业集 团白庄煤矿机 电科 ，０７年考人 中国矿业 大学 ２０
常用 的直 流／ 流变 换 器 是 依 靠 脉 宽 调 制 技术 交 （ ＷＭ） Ｐ 来控制相 位 的。这 是 电机 控制 的关键组 成部 分 ， 电机控制的准确性 。通 常的 Ｐ 影响 ＷＭ是通过 以合 适 的顺序控 制一 个 全桥 转换 器 产生 的， 图 ２所示 。 如 驱动信号 ｘｙ被加 以适 当的延 时（ ， 滞后 ） 以避 免短路 ， 和利用一些特殊的技术去产生 ｘ ｙ 和 序列信号。
ｙ
ｙ ｌ
图２ 电路是 一个全桥功率 变换器
图 １ 全步运行和微 步运行不平衡 转矩 的波形 比较
ｙ
个两相步进 电机 的理想 电流波形应该是两条正 弦 曲线。这种模拟 的做法和两相同步电机的运作情况
一
其实是很相似 的。因而只要让 他另外 产生八个平衡位 置就能得到八个 微步 角。如果微步 运行频 率用 （ 单
杂、 投资浪费 、 维护费用 高。 根据调试经验 ， 选煤 厂缓 冲桶 的液位 调节 只是在 选煤厂调试阶段 比较复杂， 一旦达到平衡正常生产后 ， 生产过程 中基本 上不需要 调节或 只是个别 时候 、 别 个 点进行微量调节 ， 不像有些设计人wk.baidu.com想象 的那样 ， 并 生 产过程 中需要不停的对缓 冲桶的液位进 行调节 。如果
电气工程及 自动化专业 。
ｌ８ １
东瞧差 斜枝
２１年 期 ０ 第２ ０
实现水平衡 。这 种设 计 的补 加水 系统使用 较少 ， 主要 在调试阶段为各缓 冲桶补加水 。以这种方式来 调节缓 冲桶液位平衡的典型的选煤 厂有神华集 团乌海天信精 洗煤有限公司选煤厂 、 神华 宁煤集 团神火选 煤厂、 神华 宁煤集团石炭井 二矿选煤 厂等 。 从选煤厂现场使用情 况来 看 ， 述 ３种 设计方 式 上 均可 以达到相同的 目的 ， 使用效果没有差别 。
图 ３ 硬件 Ｐ ＷＭ 开 关
位Ｈ） ｚ表示 ， 转速用 ／表示（ 位 ｒｍｎ ， ７ ， 单 ／ ｉ）可以表示为 ：
６ × ０
ｎ ＝ ＝— ——一
，
５ Ｐｍ ｒｘ
图 ３为硬件 Ｐ ＷＭ开关 。从上到下 为， 三角形 载波 和预设点 ； 、 Ｙ信号 ； 相电压和相电流 。 图 ４为软件 Ｐ ＷＭ开关 。从上到下 ， 三角形载波和 预设定点 ； 、 信号 ； 电压和相电流。 Ｙ 相 通 常主要有 以上 两种 简单 的方法 用 于步进 电机 ： 硬件开关 Ｐ ＷＭ变 换 器和 软件 开关 Ｐ ＷＭ 变换器 。硬 件调制用互补的 、 信号驱动全桥 。 占空 比就是指开 Ｙ 关完全导通 的时 间在一个 Ｐ ＷＭ 周期 （ 通时 间和关 导 断时间 ） 内所 占的 比例 。在导通期 （ 下转第 １８页） １
童 舛技 媳茬
２ ０ 第２ ０年 期 １
基 于混合 Ｐ ＷＭ 模 式 的步 进 电机 的研 究
徐洪香 ， 杨韶锋 ， 侯
摘
涛
（ 中国矿业大学， 江苏 徐 州 ２ １０ ） ２ ０ ８ 要 以往的调制技术是通过模拟 的或者 简单数 字来实现的， 实验证 明这种 技术不能发挥 电机 的最 大性 能。而将 Ｄ Ｐ驱 动器 或微控制器 Ｓ
方式一需要设置大量 自动 调量 的调节 阀及 远程 控 制 系统 ， 投资较 大 ； 方式 二需 要 设 置大 量 的变频 调 速 器、 自动调节阀及 相应 的远程 控制 系统 ， 资最大 ； 投 方
应用到步进电机 上， 采用混合 Ｐ ＷＭ脉 宽调制技术后 ， 步进 电机的性能得到更好的提 高， 从而能够实现我们对其 更多的要求。 关键词 步进 电机 混合 Ｐ ＷＭ 模式
文献标识码
硬件开关
Ａ
软件开关
中图分类号 Ｔ ８ ． Ｍ３ ３６
２ Ｐ ＷＭ 的 实 现
１ 步 进 电机的微 步控 制
众所周知 ， 步进 电机的典 型特点 是在 转速 为零时 仍能保持恒定 的转 矩 ， 就好 比给 电机提供 的是直 流 电 压。其缺点是在转 子旋转过程 中由于锯齿效应 而产生 固有的带严重谐 波的转矩 ， 事实上 在步进 运动 时会 产 生一系列 的影响转子旋转 的步进位 置。给定 子绕组提 供电流脉 冲， 它将 产生一 个很 大的谐 波力矩 。而且 谐 波成分能产生不同的角加速度 ， 因而产 生了机械振动 ， 这有 可能降低 电机在高速运转 时定位 的精度。为了使 转子转动平滑 ， 以制造一个 新 的平 衡位 置以减小 步 可 距角和不稳定的加 速度 。后者 的技术要求专 门提供 波 形 和已经提到的微 步控制 。图 １ 以充分 的表 明全步 可 运行 时的波形和微 步运行 时的波形 的比较 。
４ 效果分 析 ４ １ 投 资角度 分析 ．
过上述 分析不 难看 出 ， 从节 能角度讲 ， 方式二 、 三优 于 方式一 。 ４ ３ 从使 用效 果及 操作便 利性分 析 ．
提 高选煤厂 的 自动化 程度 ， 以将操作 工人从 繁 可 重 的劳动 中解放 出来 ， 使选煤厂的生产效 率提高 、 能耗 降低 。 但是 ， 目前选煤 厂设计 中对 自动 化水平 的理解 存 在一定误 区， 为所谓 提高选煤 厂 自动化水 平就是 能 认 参加集控 的设备甚至 阀门都要参加集控 。如桶 液位平 衡设计 中的方 式一 ， 厂房所有缓 冲桶液 位平衡通 过 主 计算机 自动控制或集控室操作人员控制 。结合 多个选 煤厂的调试经验 ， 笔者认为 ， 这种设计尽管 自动化程 度 较高 ， 但是没有太大 的意义 ， 同时还会造成控制 系统复
式中 ：ｒ 表示每转一 圈所需 的步数 ； Ｓ一
ｐ ｍ一表示每步细分 的数 目。
｝收稿 日期 ：０ ９—０ ２ ２０ ９— ３
作者简介 ： 徐洪香 （ ９２一 ， ， １ ８ ） 女 山东肥城人 ， 本科学历 ，０４年参 ２０
加 工作于肥城矿业集 团白庄煤矿机 电科 ，０７年考人 中国矿业 大学 ２０
常用 的直 流／ 流变 换 器 是 依 靠 脉 宽 调 制 技术 交 （ ＷＭ） Ｐ 来控制相 位 的。这 是 电机 控制 的关键组 成部 分 ， 电机控制的准确性 。通 常的 Ｐ 影响 ＷＭ是通过 以合 适 的顺序控 制一 个 全桥 转换 器 产生 的， 图 ２所示 。 如 驱动信号 ｘｙ被加 以适 当的延 时（ ， 滞后 ） 以避 免短路 ， 和利用一些特殊的技术去产生 ｘ ｙ 和 序列信号。
ｙ
ｙ ｌ
图２ 电路是 一个全桥功率 变换器
图 １ 全步运行和微 步运行不平衡 转矩 的波形 比较
ｙ
个两相步进 电机 的理想 电流波形应该是两条正 弦 曲线。这种模拟 的做法和两相同步电机的运作情况
一
其实是很相似 的。因而只要让 他另外 产生八个平衡位 置就能得到八个 微步 角。如果微步 运行频 率用 （ 单
杂、 投资浪费 、 维护费用 高。 根据调试经验 ， 选煤 厂缓 冲桶 的液位 调节 只是在 选煤厂调试阶段 比较复杂， 一旦达到平衡正常生产后 ， 生产过程 中基本 上不需要 调节或 只是个别 时候 、 别 个 点进行微量调节 ， 不像有些设计人wk.baidu.com想象 的那样 ， 并 生 产过程 中需要不停的对缓 冲桶的液位进 行调节 。如果
电气工程及 自动化专业 。
ｌ８ １
东瞧差 斜枝
２１年 期 ０ 第２ ０
实现水平衡 。这 种设 计 的补 加水 系统使用 较少 ， 主要 在调试阶段为各缓 冲桶补加水 。以这种方式来 调节缓 冲桶液位平衡的典型的选煤 厂有神华集 团乌海天信精 洗煤有限公司选煤厂 、 神华 宁煤集 团神火选 煤厂、 神华 宁煤集团石炭井 二矿选煤 厂等 。 从选煤厂现场使用情 况来 看 ， 述 ３种 设计方 式 上 均可 以达到相同的 目的 ， 使用效果没有差别 。
图 ３ 硬件 Ｐ ＷＭ 开 关
位Ｈ） ｚ表示 ， 转速用 ／表示（ 位 ｒｍｎ ， ７ ， 单 ／ ｉ）可以表示为 ：
６ × ０
ｎ ＝ ＝— ——一
，
５ Ｐｍ ｒｘ
图 ３为硬件 Ｐ ＷＭ开关 。从上到下 为， 三角形 载波 和预设点 ； 、 Ｙ信号 ； 相电压和相电流 。 图 ４为软件 Ｐ ＷＭ开关 。从上到下 ， 三角形载波和 预设定点 ； 、 信号 ； 电压和相电流。 Ｙ 相 通 常主要有 以上 两种 简单 的方法 用 于步进 电机 ： 硬件开关 Ｐ ＷＭ变 换 器和 软件 开关 Ｐ ＷＭ 变换器 。硬 件调制用互补的 、 信号驱动全桥 。 占空 比就是指开 Ｙ 关完全导通 的时 间在一个 Ｐ ＷＭ 周期 （ 通时 间和关 导 断时间 ） 内所 占的 比例 。在导通期 （ 下转第 １８页） １