二相混合式步进电动机系统模型研究.pdf

广东工业大学硕士学位论文二相混合式步进电动机系统模型研究姓名:陈建辉申请学位级别:硕士专业:机械电子工程指导教师:高向东20080501摘要步进电动机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电动机。由于具有步距误差不积累、易于微电脑控制、成本低和系统使用寿命长等优点,因此被广泛应用于工业控制中。论文在阐述二相混合式步进电动机的工作原理及主要特性基础上,对当前的各种控制和驱动方式及功率放大电路展开了分析和研究。论文的主要工作是研究二相混合式步进电动机系统的数学模型,对二相混合式步进电动机系统分别建立主电路模型和驱动电路模型。对绕组串联接法中由于不同通电状态缌鳎诵衅德实,发生续流、过续流和截止等现象时端电压的分析计算。对驱动电路中电源电路的各种状态髑拧⒖9毓芫纪ǎ徽髑殴亍开关管通;整流桥通、开关管关;整流桥、开关管均关闭蟹治霾⒆鞒黾蚧易于仿真的实现。最后运用工具对二相混合式步进电动机系统分别建立了端电压确定子模块、电流模块、转矩模块、旋转电压模块和运动位置模块,并对二相混合式步进电动机的端电压、位移,角速度和矩频特性等特征量进行了仿真。应用计算机仿真方法对所建数学模型的特性进行分析和研究。关键词:二相混合式步进电动机;数学模型;主电路;驱动电路;计算机仿真琩琣,,篢,琩...琧畂;;籦,,瓵籑籆琹,畃.—籇≯谚年多月歹日独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究王作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明,并表示了谢意。本学位论文成果是本人在广东王业大学读书期阆在导师的指导下取得的,论文成果归广东工业大学所有。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承第一章绪论步进电动机概述步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机,国外一般称为—騍等。它是一种用电脉冲信号进行控制,并将电脉冲信号转他成相应的焦位移或线位移的控制电动机АK梢钥醋魇且恢痔厥庠诵蟹式的同步电动机,由专用电源供给电脉冲,每输入一个脉冲,步迸电动机就移动~步。这种电动机的运动形式与普通迅速旋转的电动机有一定的差别,它是步进式运动的,所以称为步进电动机。又因其绕组上所加的电源式脉冲电压,有时也称它为脉冲电动机。步进电动枧受脉冲信号控制,它的直线位移量或焦位移量与电脉冲数成正比,所以电动机的线速度或转速也与脉冲频率成正比,通过改变脉冲频率的高低就可潋在很大的范圈内调节电动机的转速,并能快速起动、制动和反转。所以,电动机步距角和转速大小都不受电压波动和负载变化的影响,也不受嚣境条件如溢度、气压、冲击和振动等影响。它每转一周都有固定的步数,在不丢步的情况下运行,其步距误差不会长期积累。这些特点使它广泛使用于数字控制的开环系统中,并使整个系统大为简化而又运行可靠步进电动机有多种不同的结构,主要类型可分为反应式步进电动机、永磁式步进电动机和混合式步迸电动机湖。近多年来,步进电动机驱动技术和电动机结构都得到了很大的发展,逐渐形成以混合式及反应式为主的产品格局。混合式步进电动机是在同步电动机或者说是在永磁感应子式同步电动机的基础上发展起来的,其综合了该两类步进电动机的特点,因而性能更好。国外步进电动机研究较早,步进电动机驱动技术的研究成果也很多,如今正在研究开发以步进电动枧为执行机构的高性能伺服系统。我国步进电动机的研究及制造始于上世纪年代后期,对步进电动机精确模型也做了大量研究工作,如今,各种步进电动机及其驱动器作为产品被广泛利用。,归纳起来有:高精度的定位:步进电动机最大特征即是能够简单地做到高精度的定位位置及速度控制:步进电动机在停止状态下薜缏龀逍藕攀淙胧,仍具有激磁保持力,故即使不依靠机械式的刹车,也能做到停止位置的保持;动作灵敏:步进电动机因为加速性能优越,所以在做到瞬时起动、停止、开回路控制:步进电动机的控制系统结构简单,不需要速度感应器及位中低速时具备高转矩:步进电动机在中低速时具有较大的转矩,能够较小型、高功率:步进电动机体积小、扭力大,尽管在狭窄的空间内,仍可顺利安装,并提供高转矩输出。惯量的能力不强;此外在应用中,步进电动机运转也可能出现低频振荡,而需要步迸电动机本体、步进电动机驱动器和逻辑控制器构成步进电动机系统。二相混合式步进电动机系统框图如图卜尽控制;快速正反转和频繁的定位动作;置传感器,按输入的脉冲来对转子的速度及位置进行控制;同级伺服电动机提供更大的扭力输出;步进电动机的主要缺点是效率较低,并且需要配上适当的驱动电源;带负载细分驱动等技术来克服低频共振的危害。逻辑相脉冲—’控制驱动器器图嗷旌鲜讲浇缍低晨蛲广东荡笱Чぱ渡涎宦畚籰