二相混合式步進(jìn)電機(jī)二相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理

混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊，是一類高度非線性的機(jī)電裝置。 1986年Hanselman采用磁場(chǎng)的“磁網(wǎng)絡(luò)單元法”來計(jì)算反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的磁場(chǎng)。1988年，G Heine提出了精確的混合式步進(jìn)電機(jī)的等值磁網(wǎng)絡(luò)模型，首次在模型中考慮了定子極間漏磁通，每極邊緣轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)矩角特性及步距誤差的影響，分析了四相混合式步進(jìn)電機(jī)諧波轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)矩角特性及步距誤差的影響，但是這種模型耗費(fèi)的機(jī)時(shí)量仍然很大 。

為簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)分析， 沿用G.Heine提出的混合式步進(jìn)電機(jī)等值磁網(wǎng)絡(luò)模型，以典型的二相八極混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，忽略鐵心飽和和高次諧波對(duì)電機(jī)磁系統(tǒng)的影響 (鐵心飽和和高次諧波往往是步進(jìn)電機(jī)極限運(yùn)行時(shí)的狀況，正常運(yùn)行時(shí)，不會(huì)對(duì)定性分析的結(jié)論有原則性的影響)，建立了分析細(xì)分驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)化基本數(shù)學(xué)模型?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組電感參數(shù)的特點(diǎn)與普通電機(jī)有區(qū)別，具有軸向和徑向混合的磁系統(tǒng)，定轉(zhuǎn)子雙凸結(jié)構(gòu)。在二相混合式步進(jìn)電機(jī)磁網(wǎng)絡(luò)模型簡(jiǎn)化磁路圖中，定子八個(gè)極中在直徑上相對(duì)的兩個(gè)極的電磁狀態(tài)完全相同，可以合并。這樣電機(jī)的每一端只有4條支路。

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自戴化設(shè)備中。

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)私器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)申機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(即步進(jìn)角)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。

混合式步進(jìn)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。常見的定子有8個(gè)極或4個(gè)極，極面上均勻分布一定數(shù)量的小齒;極上線圈能以兩個(gè)方向通電，形成A相和萬(wàn)相，B相和B相。它的轉(zhuǎn)子也由圓周上均布一定數(shù)量小齒的兩塊齒片等組成。這兩塊齒片相互錯(cuò)開半個(gè)齒距。兩塊齒片中間夾有一只軸向充磁的環(huán)形永久磁鋼。顯然，同一段轉(zhuǎn)子片上的所有齒都具有相同極性，而兩塊不同段的轉(zhuǎn)子片的極性相反?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖3-1.圖3-2是四相混合式步進(jìn)電機(jī)以圓周展開的剖面模型。圖3-2上圖是轉(zhuǎn)子S極所出的剖面圖，圖3-2下圖是N極剖面圖。圖3-2中，定子齒距和轉(zhuǎn)子齒距相同。先考慮磁極I和磁極IB下面的磁場(chǎng)。定子線圈通電后，磁極I產(chǎn)生N極，磁極m產(chǎn)生S極 。

因?yàn)镹極這段的轉(zhuǎn)子齒和S極轉(zhuǎn)子齒相互錯(cuò)開半個(gè)齒距，所以，僅靠定子電流磁場(chǎng)并不能向磁阻式電機(jī)那樣產(chǎn)生有意義的轉(zhuǎn)矩。但是，把永久磁鋼產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加上去，情況就不一樣了。因?yàn)榇艠OI下面的兩冷磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，因此產(chǎn)生向左的驅(qū)動(dòng)力;而磁極m下面的兩個(gè)分量相互抵消，向右的力大大削弱。再看圖3-2下圖，磁極m下面的定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向相同，磁極I下面的磁場(chǎng)方向相反，最終得到向左的合力。轉(zhuǎn)子在驅(qū)動(dòng)力的作用下將轉(zhuǎn)過工齒距，驅(qū)動(dòng)力降為零，達(dá)到平衡位置。

如果切斷磁極I、III的激磁，同時(shí)向磁極II , IV上的線圈通入電流，分別產(chǎn)生S極和N極。轉(zhuǎn)子將向左再走一步。按照特定的時(shí)序激磁，如A-B -A -B-A-"'，電機(jī)就能沿逆時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。改變激磁時(shí)序，以A-B-A-B-A-…激磁，電機(jī)將沿順時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

工業(yè)控制中采用的定子磁極上帶有小齒，轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多的結(jié)構(gòu)，其步距角可以做得很小。圖2混合式步進(jìn)電機(jī)繞組接線圖中A,B兩相繞組沿徑向分相，沿著定子圓周有8個(gè)凸出的磁極，1,3,5,7磁極屬于A相繞組，2, 4, 6, 8磁極屬于B相繞組，定子侮個(gè)極面上有5個(gè)齒，極身上有控制繞組。轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼和兩段鐵芯組成，環(huán)形磁鋼在轉(zhuǎn)子中部，軸向充磁，兩段鐵芯分別裝在磁鋼的兩端，使得轉(zhuǎn)子軸向分為兩個(gè)磁極。轉(zhuǎn)子鐵芯上均勻分布50個(gè)齒，兩段鐵芯上的小齒相互錯(cuò)開半個(gè)齒距，定轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬相同 。

當(dāng)兩相控制繞組按AA BB或BB AA的次序輪流通電，侮拍只有一相繞組通電，四拍構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。當(dāng)控制繞組有電流通過時(shí)，便產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，它與永久磁鋼產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)知，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)A相繞組通電時(shí)，在轉(zhuǎn)子N極端磁極1上的繞組產(chǎn)生的S磁極吸引轉(zhuǎn)子N極，使得磁極1下是齒對(duì)齒，磁力線由轉(zhuǎn)子N極指向磁極1的齒面，磁極5下也是齒對(duì)齒，磁極3和7是齒對(duì)槽。由于兩段轉(zhuǎn)子鐵芯上的小齒相互錯(cuò)開半個(gè)齒距，在轉(zhuǎn)子S極端，磁極1'和5’產(chǎn)生的S極磁場(chǎng)，排斥轉(zhuǎn)子S極，與轉(zhuǎn)子正好是齒對(duì)槽，磁極3’和7’齒面產(chǎn)生N極磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)子S極，使得齒對(duì)齒。

因轉(zhuǎn)子上共有50個(gè)齒，其齒距角為3600 /50=720_寧子仇個(gè)極即所占的街?jǐn)?shù)為不是整數(shù)，因此當(dāng)定子的A相通電，在轉(zhuǎn)子N極，磁極1的5個(gè)齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齒，旁邊的B相繞組的磁極2的5個(gè)齒和轉(zhuǎn)子齒有1/4齒距的錯(cuò)位，即1.80，A相磁極3的齒和轉(zhuǎn)子就會(huì)錯(cuò)位3.6 0，實(shí)現(xiàn)齒對(duì)槽了。磁力線是沿轉(zhuǎn)子N端~A(1)S磁極~導(dǎo)磁環(huán)~A(3' )N磁極~轉(zhuǎn)子S端~轉(zhuǎn)子N端，成一閉合曲線。當(dāng)A相斷電B相通電時(shí)，磁極2產(chǎn)生N極性，吸合離它最近的S極轉(zhuǎn)子7齒，使得轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過1.80，實(shí)現(xiàn)磁極2和轉(zhuǎn)子齒對(duì)齒，此時(shí)磁極3和轉(zhuǎn)子齒有1/4齒距的錯(cuò)位。依次類推若繼續(xù)按四拍的順序通電，轉(zhuǎn)子就按順時(shí)針方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，侮通電一次即侮來一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1.80，即稱步距角為1.80，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈需要3600 /1.80 =200個(gè)脈沖 。

在轉(zhuǎn)子S極端也是同樣道理，當(dāng)繞組齒對(duì)齒時(shí)，其旁邊一相磁極錯(cuò)位1.803步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

步進(jìn)電機(jī)42BYG250C的驅(qū)動(dòng)器為SH20403。為lOV} 40V直流供電，A , A-,B , B-端子要連接步進(jìn)電機(jī)的四條引線，DC , DC-端子接驅(qū)動(dòng)器工作直流電源，輸入接口電路包括公共端(接輸入端子電源正極)、脈沖信號(hào)輸入端(輸入一系列脈沖，內(nèi)部分配以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)A,B相)、方向信號(hào)輸入端(可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn))、脫機(jī)信號(hào)輸入端 。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入端子功能:

公共端:將輸入信號(hào)的電源正極連接到該端子上，為CP,DIR, FREE端子提供，此時(shí)對(duì)應(yīng)的內(nèi)部光禍導(dǎo)通，控制信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器中。

脈沖信號(hào)輸入CP:此端子和57-200的高速脈沖輸出端(Q0.0或Q0.1)相連，以發(fā)出連線高速脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

方向信號(hào)輸入DIR:此端子和57-200的輸出端Q0.2相連，其高電平和低電平控制電機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)向。

脫機(jī)信號(hào)FREE:此端為低電平有效，這時(shí)電機(jī)處于無(wú)力知狀態(tài)

因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，步進(jìn)電機(jī)為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，所以設(shè)計(jì)中比較注重位置定位精確和產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩等方面，從而在定轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)中均為凸極結(jié)構(gòu)并會(huì)在極上開有小齒，造成了氣隙磁場(chǎng)存在著較大的空間諧波，從而導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速波動(dòng)也會(huì)比較大，容易產(chǎn)生噪聲以至于振蕩。由于混合式步進(jìn)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)分別是由轉(zhuǎn)子永磁體和定子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的，所以受磁路飽和的影響，當(dāng)二者相互加強(qiáng)的時(shí)候，合成的磁通通常是小于兩者的線性疊加，這時(shí)電機(jī)的磁場(chǎng)處于過飽和狀態(tài)，運(yùn)行效率比較低。另外從混合式步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可以看出，在轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值后，輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)很明顯的下降，容易失步，有關(guān)學(xué)者曾就此做了研究提出了降低電流參考值的處理方法，但是也只有一定效果，進(jìn)一步還提出了減少匝數(shù)、增大電流的解決方案，還有人為了增大步進(jìn)電機(jī)高頻時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩提出了減小電機(jī)繞組的L/R時(shí)間常數(shù)的方法 。

這些問題也歸結(jié)為一個(gè)振蕩和失步的問題。振蕩的根本原因是轉(zhuǎn)子到達(dá)平衡位置是還有多余的動(dòng)能，對(duì)于此問題，一般采用阻尼和細(xì)分控制技術(shù)就可以達(dá)到較好的輸出效果，有些國(guó)外的學(xué)者通過建立共振檢測(cè)模型，調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組電流的方、法來改善步進(jìn)電機(jī)的這個(gè)問題，還有在對(duì)步進(jìn)電機(jī)繞組電流中的諧波分量進(jìn)行分析過后，通過建立共振閥值模型來對(duì)繞組電壓進(jìn)行補(bǔ)償?shù)霓k法。而失步的問題有研究顯示，轉(zhuǎn)子速度慢于步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度、步進(jìn)電機(jī)及所帶負(fù)載存在的慣性、步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的共振等這些現(xiàn)象是嚴(yán)生失步的原因，可以通過優(yōu)化步進(jìn)電機(jī)的加減速曲線，有效的應(yīng)對(duì)慣性轉(zhuǎn)矩對(duì)失步產(chǎn)生的影響，還有采用細(xì)分控制技術(shù)解決這類問題。

從上述問題可以看出，混合式步進(jìn)電機(jī)因其控制方面的要求，在設(shè)計(jì)電機(jī)本體的時(shí)候就對(duì)于電機(jī)的諧波控制、運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性能方面考慮較少，所以在高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩的下降會(huì)很快，同時(shí)工作時(shí)的運(yùn)行效率變低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比較明顯，造成較大的電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)和振動(dòng)噪聲。但是上述問題提到的一些解決方法都是屬于步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制方式下的優(yōu)化措施，這樣的條件下忽略了轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)合成磁場(chǎng)發(fā)揮的作用，控制的效果并不是很好，所以在這種情況下采用其他控制方式則是另一個(gè)比較好的手段。

電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是控制算法的基礎(chǔ)，步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型也是因?yàn)閿?shù)學(xué)理論的成熟逐漸發(fā)展起來，其中Singh-Kuo模型是有代表性的模型，這個(gè)模型忽略了磁滯和渦流損耗，假設(shè)相繞組中產(chǎn)生的磁鏈隨轉(zhuǎn)子位置角按正弦規(guī)律變化，繞組電感與轉(zhuǎn)子位置無(wú)關(guān)等;之后出現(xiàn)了較S ingh-Ku。的改進(jìn)型的Pickup-Russell模型，該模型認(rèn)為繞組磁鏈?zhǔn)抢@組電流和轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)[0l; A.C.Leenhouts等人借鑒Pickup-Russell模型將繞組磁鏈隨電流變化關(guān)系用電感系數(shù)來表示，提出Leenhouts模型 。

混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的性能很大程度取決于控制器的優(yōu)劣，從前述可以看到步進(jìn)電機(jī)主要有開環(huán)、閉環(huán)、矢量和智能控制等控制方式。開環(huán)控制使用方便，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單且成本低，在精度要求不太高的場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用，至今也沒有合適的替代產(chǎn)品。但如前所說，這種方式存在一個(gè)振蕩的區(qū)域，尤其是低速運(yùn)行時(shí)接近電機(jī)的共振區(qū)，此時(shí)振動(dòng)和噪聲都比較大。但是對(duì)開環(huán)控制的改進(jìn)也是不斷地在進(jìn)行中，自1975年美國(guó)學(xué)者T. R. Frederickson首次在美國(guó)增量運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及器件年會(huì)上提出了步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分的控制方法后[ysl，隨著微電子和電力電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前世界上混合式步進(jìn)電機(jī)新技術(shù)正處在高速的發(fā)展之中，智能控制的V}想進(jìn)入了步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域，還出現(xiàn)了具有實(shí)時(shí)可變的細(xì)分一功能驅(qū)動(dòng)控制電路。通過這些年的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)控制方式逐漸形成了升頻升壓控制，恒流斬波控制，細(xì)分控制，矢量控制，位置、速度反饋控制等控制方式，但是新型控制方式的運(yùn)用還不成熟，也沒有出現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品，而國(guó)內(nèi)雖然研究上取得很大進(jìn)步但不管是控制器還是控制軟件上看，和國(guó)外還有一定的差距。目前國(guó)內(nèi)外混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)際中主要有:基于微控制器設(shè)計(jì)的專用集成芯片，基于單片機(jī)微處理器等，基于CPLD和PFGA和基于 DSP實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，隨著各個(gè)新型控制方式的出現(xiàn)，將高運(yùn)算速度、功能強(qiáng)大的DSP應(yīng)用到控制器當(dāng)中，也是目前研究的熱點(diǎn)方向

而隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于混合式步進(jìn)電機(jī)這種數(shù)學(xué)模型難以得到的電機(jī)來說，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)卻提供了良好的控制工具。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種能自學(xué)習(xí)及自適應(yīng)不確定系統(tǒng)的智能控制方法，它對(duì)很復(fù)雜的非線性系統(tǒng)都可以在很大程度上逼近模擬，并具有極好的容錯(cuò)性和魯棒性，所以隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，各項(xiàng)研究也開始越來越多地關(guān)注其在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。有研究將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)最佳細(xì)分電流，在學(xué)習(xí)中使用Bayes正則化算法，使用權(quán)值調(diào)整技術(shù)避免多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)陷入局部極小點(diǎn)，有效解決了等步距角細(xì)分問題。2100433B

DV245是基于DSP控制的二相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,是新一代數(shù)字式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)電運(yùn)行平穩(wěn)，震動(dòng)和噪音極小。定位精度最高可達(dá)40000步/轉(zhuǎn)。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于雕刻機(jī)、中型數(shù)控機(jī)床、電腦繡花機(jī)、包裝機(jī)械等分辨率較高的小、中型數(shù)控設(shè)備上。

步進(jìn)電機(jī)PID 控制

PID 控制作為一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的控制方法 , 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。它根據(jù)給定值 r( t) 與實(shí)際輸出值 c(t) 構(gòu)成控制偏差 e( t) , 將偏差的比例 、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量 ,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制 。文獻(xiàn)將集成位置傳感器用于二相混合式步進(jìn)電機(jī)中 ,以位置檢測(cè)器和矢量控制為基礎(chǔ) ,設(shè)計(jì)出了一個(gè)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的 PI 速度控制器 ,此控制器在變工況的條件下能提供令人滿意的瞬態(tài)特性 。文獻(xiàn)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ,設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)的 PID 控制系統(tǒng) ,采用 PID 控制算法得到控制量 ,從而控制電機(jī)向指定位置運(yùn)動(dòng) 。最后 ,通過仿真驗(yàn)證了該控制具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 。采用 PID 控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、魯棒性強(qiáng) 、可靠性高等優(yōu)點(diǎn) ,但是它無(wú)法有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中的不確定信息 。

目前 , PID 控制更多的是與其他控制策略相結(jié)合 , 形成帶有智能的新型復(fù)合控制 。這種智能復(fù)合型控制具有自學(xué)習(xí) 、自適應(yīng) 、自組織的能力 ,能夠自動(dòng)辨識(shí)被控過程參數(shù) , 自動(dòng)整定控制參數(shù) , 適應(yīng)被控過程參數(shù)的變化 ,同時(shí)又具有常規(guī) PID 控制器的特點(diǎn)。

步進(jìn)電機(jī)自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制是在 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來的自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)分支 。它是隨著控制對(duì)象的復(fù)雜化 ,當(dāng)動(dòng)態(tài)特性不可知或發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化時(shí) ，為得到高性能的控制器而產(chǎn)生的 。其主要優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)和自適應(yīng)速度快 ,能有效地克服電機(jī)模型參數(shù)的緩慢變化所引起的影響 ,是輸出信號(hào)跟蹤參考信號(hào) 。文獻(xiàn)研究者根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的線性或近似線性模型推導(dǎo)出了全局穩(wěn)定的自適應(yīng)控制算法 , 這些控制算法都嚴(yán)重依賴于電機(jī)模型參數(shù) 。文獻(xiàn)將閉環(huán)反饋控制與自適應(yīng)控制結(jié)合來檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度 , 通過反饋和自適應(yīng)處理 ,按照優(yōu)化的升降運(yùn)行曲線 , 自動(dòng)地發(fā)出驅(qū)動(dòng)的脈沖串 ，提高了電機(jī)的拖動(dòng)力矩特性 ，同時(shí)使電機(jī)獲得更精確的位置控制和較高較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速 。

目前 ，很多學(xué)者將自適應(yīng)控制與其他控制方法相結(jié)合 ，以解決單純自適應(yīng)控制的不足。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的魯棒自適應(yīng)低速伺服控制器 ，確保了轉(zhuǎn)動(dòng)脈矩的最大化補(bǔ)償及伺服系統(tǒng)低速高精度的跟蹤控制性能 。文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)模糊 PID 控制器可以根據(jù)輸入誤差和誤差變化率的變化 ，通過模糊推理在線調(diào)整 PID參數(shù) ，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的自適應(yīng)控制 ,，從而有效地提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間 、計(jì)算精度和抗干擾性 。

步進(jìn)電機(jī)矢量控制

矢量控制是現(xiàn)代電機(jī)高性能控制的理論基礎(chǔ) ,可以改善電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能 。它通過磁場(chǎng)定向?qū)⒍ㄗ与娏鞣譃閯?lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量分別加以控制 ，從而獲得良好的解耦特性 ，因此 ，矢量控制既需要控制定子電流的幅值 ,又需要控制電流的相位 。由于步進(jìn)電機(jī)不僅存在主電磁轉(zhuǎn)矩 ，還有由于雙凸結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩 ，且內(nèi)部磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 非線性較一般電機(jī)嚴(yán)重得多 , 所以它的矢量控制也較為復(fù)雜 。推導(dǎo)出了二相混合式步進(jìn)電機(jī) d-q 軸數(shù)學(xué)模型 ,以轉(zhuǎn)子永磁磁鏈為定向坐標(biāo)系 ,令直軸電流 id =0 ,電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與 iq 成正比 , 用PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)了矢量控制系統(tǒng) 。系統(tǒng)中使用傳感器檢測(cè)電機(jī)的繞組電流和轉(zhuǎn)自位置 ,用 PWM 方式控制電機(jī)繞組電流 。文推導(dǎo)出基于磁網(wǎng)絡(luò)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)模型 , 給出了其矢量控制位置伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ,采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)控制策略對(duì)系統(tǒng)中的不確定因素進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償 ，通過最大轉(zhuǎn)矩/電流矢量控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效控制 。

步進(jìn)電機(jī)智能控制的應(yīng)用

智能控制不依賴或不完全依賴控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 ，只按實(shí)際效果進(jìn)行控制 ，在控制中有能力考慮系統(tǒng)的不確定性和精確性 , 突破了傳統(tǒng)控制必須基于數(shù)學(xué)模型的框架 。目前 , 智能控制在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用較為成熟的是模糊邏輯控制 、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和智能控制的集成 。

模糊控制

模糊控制就是在被控制對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上 ，運(yùn)用模糊控制器的近似推理等手段 ，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的方法 。作為一種直接模擬人類思維結(jié)果的控制方式 ，模糊控制已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域 。與常規(guī)控制相比 ，模糊控制無(wú)須精確的數(shù)學(xué)模型 , 具有較強(qiáng)的魯棒性 、自適應(yīng)性 , 因此適用于非線性 、時(shí)變 、時(shí)滯系統(tǒng)的控制 。給出了模糊控制在二相混合式步進(jìn)電機(jī)速度控制中應(yīng)用實(shí)例 。系統(tǒng)為超前角控制 ，設(shè)計(jì)無(wú)需數(shù)學(xué)模型 ，速度響應(yīng)時(shí)間短 。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用大量的神經(jīng)元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)調(diào)整的方法 。它可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，能夠?qū)W習(xí)和自適應(yīng)未知或不確定的系統(tǒng) ，具有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性，因而在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)最佳細(xì)分電流 ，在學(xué)習(xí)中使用 Bayes 正則化算法 ,使用權(quán)值調(diào)整技術(shù)避免多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)陷入局部極小點(diǎn) ，有效解決了等步距角細(xì)分問題 。