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優(yōu)勢供應進(jìn)口HIMMEL電機KA62-XL/2

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江蘇邱成機電有限公司

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自適應控制

自適應控制是在 20 世紀 50 年代發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)分支 。它是隨著(zhù)控制對象的復雜化 ,當動(dòng)態(tài)特性不可知或發(fā)生不可預測的變化時(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)現和自適應速度快 ,能有效地克服電機模型參數的緩慢變化所引起的影響 ,是輸出信號跟蹤參考信號 。文獻研究者根據步進(jìn)電機的線(xiàn)性或近似線(xiàn)性模型推導出了全局穩定的自適應控制算法 , 這些控制算法都嚴重依賴(lài)于電機模型參數 。文獻將閉環(huán)反饋控制與自適應控制結合來(lái)檢測轉子的位置和速度 , 通過(guò)反饋和自適應處理 ,按照優(yōu)化的升降運行曲線(xiàn) , 自動(dòng)地發(fā)出驅動(dòng)的脈沖串 ，提高了電機的拖動(dòng)力矩特性 ，同時(shí)使電機獲得更精確的位置控制和較高較平穩的轉速 。 [3] 

目前 ，很多學(xué)者將自適應控制與其他控制方法相結合 ，以解決單純自適應控制的不足。文獻設計的魯棒自適應低速伺服控制器 ，確保了轉動(dòng)脈矩的補償及伺服系統低速高精度的跟蹤控制性能 。文獻實(shí)現的自適應模糊 PID 控制器可以根據輸入誤差和誤差變化率的變化 ，通過(guò)模糊推理在線(xiàn)調整 PID參數 ，實(shí)現對步進(jìn)電機的自適應控制 ,，從而有效地提高系統的響應時(shí)間 、計算精度和抗干擾性 。 [3] 

矢量控制

矢量控制是現代電機高性能控制的理論基礎 ,可以改善電機的轉矩控制性能 。它通過(guò)磁場(chǎng)定向將定子電流分為勵磁分量和轉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)電機不僅存在主電磁轉矩 ，還有由于雙凸結構產(chǎn)生的磁阻轉矩 ，且內部磁場(chǎng)結構復雜 , 非線(xiàn)性較一般電機嚴重得多 , 所以它的矢量控制也較為復雜 。推導出了二相混合式步進(jìn)電機 d-q 軸數學(xué)模型 ,以轉子永磁磁鏈為定向坐標系 ,令直軸電流 id =0 ,電動(dòng)機電磁轉矩與 iq 成正比 , 用PC 機實(shí)現了矢量控制系統 。系統中使用傳感器檢測電機的繞組電流和轉自位置 ,用 PWM 方式控制電機繞組電流 。文推導出基于磁網(wǎng)絡(luò )的二相混合式步進(jìn)電機模型 , 給出了其矢量控制位置伺服系統的結構 ,采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型參考自適應控制策略對系統中的不確定因素進(jìn)行實(shí)時(shí)補償 ，通過(guò)最大轉矩/電流矢量控制實(shí)現電機的高效控制

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江蘇邱成機電有限公司是一家集研發(fā)、工程、銷(xiāo)售、技術(shù)服務(wù)于一體的現代化企業(yè)，是國內自動(dòng)化領(lǐng)域具競爭力的設備供應商。公司主要經(jīng)營(yíng)歐美和日韓 等發(fā)達國家的機電一體化設備、高精度分析檢測儀器、環(huán)境與新能源工業(yè)設備及電動(dòng)工具等工控自動(dòng)化產(chǎn)品。 

三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機模型的結構示意圖如概述圖所示。它的定、轉子鐵心都由硅鋼片疊成。定子上有六個(gè)磁極，每?jì)蓚€(gè)相對的磁極繞有同一相繞組，三相繞組接成星形作為控制繞組；轉子鐵心上沒(méi)有繞組，只有四個(gè)齒，齒寬等于定子極靴寬。 [1] 

步進(jìn)電機加減速過(guò)程控制技術(shù)

正因為步進(jìn)電機的廣泛應用,對步進(jìn)電機的控制的研究也越來(lái)越多，在啟動(dòng)或加速時(shí)如果步進(jìn)脈沖變化太快，轉子由于慣性而跟隨不上電信號的變化，產(chǎn)生堵轉或失步在停止或減速時(shí)由于同樣原因則可能產(chǎn)生超步。為防止堵轉、失步和超步，提高工作頻率,要對步進(jìn)電機進(jìn)行升降速控制。 [2] 

步進(jìn)電機的轉速取決于脈沖頻率、轉子齒數和拍數。其角速度與脈沖頻率成正比，而且在時(shí)間上與脈沖同步。因而在轉子齒數和運行拍數一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。由于步進(jìn)電機是借助它的同步力矩而啟動(dòng)的，為了不發(fā)生失步,啟動(dòng)頻率是不高的。特別是隨著(zhù)功率的增加,轉子直徑增大，慣量增大，啟動(dòng)頻率和最高運行頻率可能相差十倍之多。 [2] 

步進(jìn)電機的起動(dòng)頻率特性使步進(jìn)電機啟動(dòng)時(shí)不能直接達到運行頻率，而要有一個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，即從一個(gè)低的轉速逐漸升速到運行轉速。停止時(shí)運行頻率不能立即降為零，而要有一個(gè)高速逐漸降速到零的過(guò)程。 [2] 

步進(jìn)電機的輸出力矩隨著(zhù)脈沖頻率的上升而下降,啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)力矩就越小，帶動(dòng)負載的能力越差，啟動(dòng)時(shí)會(huì )造成失步，而在停止時(shí)又會(huì )發(fā)生過(guò)沖。要使步進(jìn)電機快速的達到所要求的速度又不失步或過(guò)沖，其關(guān)鍵在于使加速過(guò)程中,加速度所要求的力矩既能充分利用各個(gè)運行頻率下步進(jìn)電機所提供的力矩，又不能超過(guò)這個(gè)力矩。因此,步進(jìn)電機的運行一般要經(jīng)過(guò)加速、勻速、減速三個(gè)階段,要求加減速過(guò)程時(shí)間盡量的短，恒速時(shí)間盡量長(cháng)。特別是在要求快速響應的工作中，從起點(diǎn)到終點(diǎn)運行的時(shí)間要求最短，這就必須要求加速、減速的過(guò)程最短，而恒速時(shí)的速度最高。 [2] 

國內外的科技工作者對步進(jìn)電機的速度控制技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，建立了多種加減速控制數學(xué)模型，如指數模型、線(xiàn)性模型等，并在此基礎上設計開(kāi)發(fā)了多種控制電路，改善了步進(jìn)電機的運動(dòng)特性，推廣了步進(jìn)電機的應用范圍指數加減速考慮了步進(jìn)電機固有的矩頻特性,既能保證步進(jìn)電機在運動(dòng)中不失步，又充分發(fā)揮了電機的固有特性，縮短了升降速時(shí)間，但因電機負載的變化，很難實(shí)現而線(xiàn)性加減速僅考慮電機在負載能力范圍的角速度與脈沖成正比這一關(guān)系，不因電源電壓、負載環(huán)境的波動(dòng)而變化的特性，這種升速方法的加速度是恒定的，其缺點(diǎn)是未充分考慮步進(jìn)電機輸出力矩隨速度變化的特性，步進(jìn)電機在高速時(shí)會(huì )發(fā)生失步。 [2] 

步進(jìn)電機的細分驅動(dòng)控制

步進(jìn)電機由于受到自身制造工藝的限制，如步距角的大小由轉子齒數和運行拍數決定，但轉子齒數和運行拍數是有限的，因此步進(jìn)電機的步距角一般較大并且是固定的,步進(jìn)的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運行時(shí)振動(dòng)，噪音比其他微電機都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。這些缺點(diǎn)使步進(jìn)電機只能應用在一些要求較低的場(chǎng)合，對要求較高的場(chǎng)合，只能采取閉環(huán)控制，增加了系統的復雜性，這些缺點(diǎn)嚴重限制了步進(jìn)電機作為優(yōu)良的開(kāi)環(huán)控制組件的有效利用。細分驅動(dòng)技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點(diǎn)。 [2] 

步進(jìn)電機細分驅動(dòng)技術(shù)是年代中期發(fā)展起來(lái)的一種可以顯著(zhù)改善步進(jìn)電機綜合使用性能的驅動(dòng)技術(shù)。年美國學(xué)者、在美國增量運動(dòng)控制系統及器件年會(huì )上提出步進(jìn)電機步距角細分的控制方法。在其后的二十多年里,步進(jìn)電機細分驅動(dòng)得到了很大的發(fā)展。逐步發(fā)展到上世紀九十年代*成熟

的。我國對細分驅動(dòng)技術(shù)的研究,起步時(shí)間與國外相差無(wú)幾。 [2] 

在九十年代中期的到了較大的發(fā)展。主要應用在工業(yè)、航天、機器人、精密測量等領(lǐng)域,如跟蹤衛星用光電經(jīng)緯儀、儀器、通訊和雷達等設備,細分驅動(dòng)技術(shù)的廣泛應用,使得電機的相數不受步距角的限制,為產(chǎn)品設計帶來(lái)了方便。目前在步進(jìn)電機的細分驅動(dòng)技術(shù)上,采用斬波恒流驅動(dòng),儀脈沖寬度調制驅動(dòng)、電流矢量恒幅均勻旋轉驅動(dòng)控制止，大大提高步進(jìn)電機運行運轉精度,使步進(jìn)電機在中、小功率應用領(lǐng)域向高速且精密化

的方向發(fā)展

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