[发明专利]两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统及方法

说明书

本发明提供一种两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统，包括位置混合控制器、第一减法器、第二减法器、变系数PI调节器、两相SVPWM调制模块、三相逆变器、Clark变换模块、超前角度补偿模块、编码器和两相混合式步进电机；本发明还提供一种两相混合式步进电机的重载闭环驱动方法，包括位置混合控制器、变系数PI调节器和超前角度补偿模块的实现方法，本发明的重载闭环驱动系统，相比开环步进电机驱动系统，不会发生丢步现象，能够保证电机精确定位；设备工作速度更高；电机的发热更低，使用寿命更长；且在高速运动过程中还能保持高转矩运行。

技术领域

本发明涉及一种两相混合式步进电机控制系统，具体涉及一种两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统及方法。

背景技术

两相混合式步进电机因其自身具有的控制简单、定位精确、成本低等优点而广泛应用于3D打印、电动汽车、纺织机械、工业机器人等领域，但目前大多数应用的步进电机都以开环控制为主，其存在低频振荡、转速不高、带载能力差、失步等缺点。近年来，随着电力电子技术和现代工业应用需求的不断发展，人们对步进电机的控制性能提出了更高(高精度、高响应、高带载能力)的要求，已有的开环控制方法已不能满足驱动要求，对此国内外学者也已提出了一些改进的控制策略。

如文献1(专利号：201710265731.2)提供一种两相混合式步进电机闭环控制装置，通过分析双H桥逆变器拓扑结构设计了一种上下桥臂互补导通对角桥臂同时导通的控制方式，并基于此借鉴了三相空间电压矢量脉宽调制方式，推导了基于双H桥逆变器的空间电压矢量脉宽调制方法，同时设计了积分分离PI调节器，引入了以电流环/速度环为内环和位置环为外环的闭环控制结构，最终形成两相混合式步进电机闭环驱动系统，但该方法存在着电机高速运行中带载能力弱的缺点。文献2(专利号：201610209446.4)提出了一种基于混合处理的高精度电机驱动闭环控制系统，通过光栅尺检测工作台的位置脉冲并反馈给位置调节器，位置调节器根据检测到的实际位移状态，来实时调整输出的脉冲数、频率，使步进电机稳定在正常运行状态，并使实际位置和指令位置一致，从而达到精确定位工作台。该方法虽然提高了电机运行过程中的精度，但还是存在电机高速运行中带载能力弱的缺点，在实际应用中受到一定的限制。

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两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统：包括位置混合控制器、第一减法器、第二减法器、变系数PI调节器、两相SVPWM调制模块、三相逆变器、Clark变换模块、超前角度补偿模块、编码器和两相混合式步进电机；

所述两相混合式步进电机输出两相实际电流i_a、i_b到Clark变换模块，两相混合式步进电机通过编码器输出电机实际反馈位置θ_fed到超前角度补偿模块和位置混合控制器；

所述Clark变换模块根据输入的两相实际电流i_a、i_b，经运算得出实际静止两相坐标系下的电流分量i_αfed、i_βfed，并将实际静止两相坐标系下的α轴电流分量i_αfed输出到第一减法器，将实际静止两相坐标系下的β轴电流分量i_βfed输出到第二减法器；

所述超前角度补偿模块根据输入的实际反馈位置θ_fed、位置混合控制器输入的给定位置角度θ_ref和给定速度n_ref，经运算得出实际速度n_fed和超前角度θ_c，并将实际速度n_fed输出到变系数调节器，将超前角度θ_c输出到位置混合控制器和两相SVPWM调制模块；