[发明专利]一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法

说明书

本发明提供了一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，是根据所需步进电机功能的a_max、J、θ和f，通过公式(1)，(2)，确定选用的伺服电机的T_max、ω_max和f_max，且步进频率f应满足公式(3)：T_max＝J×a_max (1)其次，选择伺服电机配合的功率放大器，功率放大器的最大驱动电压U_max和最大驱动电流I_max与所选伺服电机匹配；最后，根据输入的步距角θ和步进频率f，形成角速度和角加速度的前馈控制量，将所述前馈控制量叠加在速率环的输入端，使得选择伺服电机的实际步进曲线与所需步进电机的步进曲线误差最小。

技术领域

本发明属于步进电机功能实现技术，具体涉及一种可实现大力矩无级可调步进电机功能的新方法。

背景技术

步进电机以其运行平稳可靠、控制直观受到越来越多的应用和重视，传统步进电机由于其原理上的特点，很难实现大力矩和速度无级可调的功能，因此，充分利用伺服电机系统的高动态特性，设计专用的控制结构和信号生成形式可实现步进电机功能且适应范围更广。

传统步进电机应用上的主要缺点有三点：一是步进电机的驱动力矩难以做的较高，二是一旦步进电机制造出来，其步距角是确定的，即使增加细分功能后，也只能是原步距角的整数倍，不能实现无级调速功能，三是在速度较高时，若出现丢步，由于其开环特性，自身难以检测到，因此容易形成运动误差。

发明内容

本发明的作用是：利用在前馈控制结构控制下伺服电机的高动态特性，设计控制结构和信号生成机制实现大力矩无级调速步进功能，克服现有步进电机在特殊步进应用中的缺点。

本发明的技术实施步骤：

一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，是根据所需步进电机功能的a_max、J、θ和f，通过公式(1)，(2)，确定选用的伺服电机的T_max、ω_max和f_max，且步进频率f应满足公式(3)。

T_max＝J×a_max (1)

其中：T_max：所需伺服电机的最大扭矩，量纲Nm；

J：所需步进电机转子及负载的转动惯量，量纲kg·m²；

a_max：所需伺服电机的最大角加速度，量纲rad/s²；

θ：所需步进电机的步距角，量纲rad；

ω_max：所需伺服电机的最大角速度，量纲rad/s；

f：所需步进电机需要的步进频率，量纲Hz；

f_max：所选伺服电机能实现的最大步进频率，量纲Hz；

其次，选择伺服电机配合的功率放大器，功率放大器的最大驱动电压U_max和最大驱动电流I_max与所选伺服电机匹配，

设伺服电机的力矩系数为K_t，伺服电机的最大角速度为ω_max，最高转速对应的伺服电机最大电压为U_max则所需的功率放大器的最大驱动电压为U_max，则所需的功率放大器的最大驱动电流I_max根据公式(4)确定，(4)如下：