[发明专利]基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及两相混合式步进电机的控制领域，尤其涉及一种基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置及方法。

背景技术

两相混合式步进电机因其控制简单、定位精确、成本低等优点而广泛应用于工业和消费电子领域。步进电机的控制在传统应用场合下大多以开环控制为主，其主要存在低频振荡、转速不高、带载能力差和失步等缺点。

目前，两相混合式步进电机的控制主要采用细分控制技术，如专利文献1(专利号为200910182227.1)、专利文献2(专利号为201210395851.1)、专利文献3(专利号为201110207943.8)、专利文献4(专利号为201310352544.X)。该技术的主要缺点：1)、在两相混合式步进电机出现堵转时不能增大两相混合式步进电机的输出转矩；2)、由于两相混合式步进电机随着细分数的增大而很难高速运行，其高速性能很差。目前的技术水平多适合与低速场合运行。随着现代工业的高速发展，加上为了增加经济效益而不断的降低成本，人们对步进电机的应用场合提出了越来越高的要求，追求更高精度和动态响应以及提高高速带载能力成为新的研究热点。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置，包括与两相混合式步进电机相连接的闭环控制装置；所述闭环控制装置包括第四减法器、位置环比例调节器、第三减法器、速度环PI调节器、第一减法器、电流环第一PI调节器、Park逆变换器、空间电压矢量SVPWM控制模块、三相逆变器、第二减法器、电流环第二PI调节器、微分装置和Park变换器；其特征在于：所述两相混合式步进电机通过内置的增量式光电编码器输出实时转子位置θ到第四减法器、Park逆变换器、微分装置和Park变换器；所述两相混合式步进电机输出两相静止坐标系下的电流ia和ib到Park变换器；

第四减法器根据参考位置θ_ref和实时转子位置θ输出位置偏差e_θ到位置环比例调节器；

位置环比例调节器输出参考速度ω_ref到第三减法器；

微分装置输出实时转子速度ω到第三减法器；

第三减法器输出速度偏差e_ω到速度环PI调节器；

速度环PI调节器输出q轴参考电流iq_ref到第一减法器；

Park变换器输出q轴实际电流iq到第一减法器；Park变换器输出d轴实际电流id到第二减法器；

第一减法器输出q轴实际电流偏差e_q到电流环第一PI调节器；

电流环第一PI调节器输出q轴电压u_q到Park逆变换器；

第二减法器根据d轴参考电流id_ref和d轴实际电流id输出d轴实际电流偏差e_d到电流环第二PI调节器；

电流环第二PI调节器输出d轴电压u_d到Park逆变换器；

Park逆变换器输出α轴电压u_α和β轴电压u_β到空间电压矢量SVPWM控制模块；

空间电压矢量SVPWM控制模块输出PWM波到三相逆变器，再通过三相逆变器控制两相混合式步进电机运行。

作为对本发明基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置的改进：

所述空间电压矢量SVPWM控制模块输出六路PWM波到三相逆变器；

所述三相逆变器包括包括第1半桥的上桥臂功率开关管、第1半桥的下桥臂功率开关管、第2半桥的上桥臂功率开关管、第2半桥的下桥臂功率开关管、第3半桥的上桥臂功率开关管、第3个半桥的下桥臂功率开关管；

所述第1个半桥的上桥臂功率开关管与第1个半桥的下桥臂功率开关管连接构成第一桥臂，第2个半桥的上桥臂功率开关管与第2个半桥的下桥臂功率开关管连接构成第二桥臂，第3个半桥的上桥臂功率开关管与第3个半桥的下桥臂功率开关管连接构成第三桥臂；