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专利号: 201810230182X
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统,其特征是:包括位置混合控制器(1)、第一减法器(2)、第二减法器(3)、变系数PI调节器(4)、两相SVPWM调制模块(5)、三相逆变器(6)、Clark变换模块(7)、超前角度补偿模块(8)、编码器(9)和两相混合式步进电机(10);

所述两相混合式步进电机(10)输出两相实际电流ia、ib到Clark变换模块(7),两相混合式步进电机(10)通过编码器(9)输出电机实际反馈位置θfed到超前角度补偿模块(8)和位置混合控制器(1);

所述Clark变换模块(7)根据输入的两相实际电流ia、ib,经运算得出实际静止两相坐标系下的电流分量iαfed、iβfed,并将实际静止两相坐标系下的α轴电流分量iαfed输出到第一减法器(2),将实际静止两相坐标系下的β轴电流分量iβfed输出到第二减法器(3);

所述超前角度补偿模块(8)根据输入的实际反馈位置θfed、位置混合控制器(1)输入的给定位置角度θref和给定速度nref,经运算得出实际速度nfed和超前角度θc,并将实际速度nfed输出到变系数调节器(4),将超前角度θc输出到位置混合控制器(1)和两相SVPWM调制模块(5);

上位机系统将脉冲信号Pluse输入到位置混合控制器(1);

所述位置混合控制器(1)根据输入的脉冲信号Pluse、电机实际反馈位置θfed和超前角度θc,经运算得出给定位置角度θref、给定速度nref和给定静止两相坐标系下的电流分量iαref、iβref,并将给定位置角度θref和给定速度nref输出到超前角度补偿模块(8),将给定静止两相坐标系下的电流分量iαref、iβref分别输出到第一减法器(2)和第二减法器(3);

第一减法器(2)根据输入的给定静止两相坐标系下的α轴电流分量iαref和实际静止两相坐标系下的α轴电流分量iαfed,经运算得出α轴的电流误差分量Δiα,并将α轴的电流误差分量Δiα输出到变系数PI调节器(4);

第二减法器(3)根据输入的给定静止两相坐标系下的β轴电流分量iβref和实际静止两相坐标系下的β轴电流分量iβfed,经运算得出β轴的电流误差分量Δiβ,并将β轴的电流误差分量Δiβ输出到变系数PI调节器(4);

变系数PI调节器(4)根据输入的α、β轴的电流误差分量Δiα、Δiβ和实际速度nfed,经运算得出静止两相坐标系下的电压分量uα、uβ,并将静止两相坐标系下的电压分量uα、uβ输入到两相SVPWM制模块(5);

两相SVPWM调制模块(5)根据输入的静止两相坐标系下的电压分量uα、uβ,经运算输出6路PWM信号,并将6路PWM信号输入到三相逆变器(6);通过三相逆变器(6)驱动两相混合式步进电机(10)运行。

2.利用如权利要求1所述的两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统的两相混合式步进电机的重载闭环驱动方法,其特征是:所述超前角度补偿模块(8)的超前角度θc根据如下公式(一~四)进行计算所得:epos=θref-θfed    (一)

en=nref-nfed     (二)

nfed=θfed/dt    (三)

θc=Kpp×epos+Kpn×en     (四)

epos是给定位置角度θref和实际反馈位置θfed两者之间的位置误差;en是给定速度nref和实际速度nfed之间的误差;Kpp和Kpn分别为位置误差和速度误差的前馈比例系数。

3.利用如权利要求1所述的两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统的两相混合式步进电机的重载闭环驱动方法,其特征是:变系数PI调节器(4)的静止两相坐标系下的电压分量uα、uβ根据公式(五和六)进行计算所得:其中,Kpα和Kpβ分别是变系数PI调节器(4)的比例系数;Kiα和Kiβ分别是变系数PI调节器(4)的积分系数;Ti为积分时间常数;

变系数PI调节器(4)的比例系数Kpα和Kpβ根据公式(七)进行计算所得:其中,ns为电机额定转速;Kpbase是Kpα和Kpβ的初始值;Kpmax=l×Kpbase,Kpmax是Kpα和Kpβ的极限值。

4.利用如权利要求1所述的两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统的两相混合式步进电机的重载闭环驱动方法,其特征是:所述位置混合控制器(1)的实现方法如下:

1)当位置混合控制器(1)没有接收到外部脉冲输入信号Pluse时,电机进入开环保持模式Mode=0,此时,电流矢量的幅值iref设定为iopen,电流矢量角度θg设定为θi;

2)在位置混合控制器(1)接收到外部脉冲输入信号Pluse且当位置误差epos小于闭环控制切换阀值θclose时:当满足位置误差epos小于开环控制切换阀值θopen时,系统进入开环保持模式Mode=0,此时电流矢量幅值iref设定为iopen,电流矢量角度θg设定为θi;

当位置误差epos大于等于开环控制切换阀值θopen且小于闭环控制切换阀值θclose时,系统进入开环运行模式Mode=1,此时电流矢量幅值iref设定为iopen1;电流矢量角度θg设定为给定位置角度θref;

3)当位置混合控制器(1)接收到外部脉冲输入信号Pluse且当位置误差epos大于等于闭环控制切换阀值θclose时,电机切换到闭环运行控制模式Mode=2,此时,电流矢量幅值iref设定为iclose;电流矢量角度θg设定为θfed+θc;

根据公式(八~十二)计算电流矢量幅值iref的赋值:

epos=θref-θfed    (八)

iopen=Popenhold×Ip;    (九)

iclose=Pclosehold×Ip;     (十一)

其中Ip是驱动器的最大电流输出值,Popenhold为开环保持电流与驱动系统最大电流输出值的百分比,Pclosehold为闭环运行电流与驱动系统最大电流输出值的百分比;

根据公式(十三)计算电流矢量角度θg的赋值:

其中,θi是位置误差epos的积分计算值;给定位置θref根据外部输入脉冲信号Pluse计算而得;

根据电流矢量幅值iref和电流矢量角度θg的赋值,由公式(十四)计算给定静止两相坐标系下的电流分量iαref和iβref:iαref=iref×cos(θg)

iβref=iref×sin(θg)     (十四)。