[发明专利]一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法

说明书

一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，根据给定位置角虚拟定子电流幅值给定计算出αβ轴虚拟定子电流给定B～E电流i_sB～i_sE经过T₄变换后，输出αβ轴定子电流i_sαi_sβ、z1零序电流i_sz1，并计算出αβ轴虚拟定子电流i_xsαi_xsβ；α轴虚拟定子电流控制误差β轴虚拟定子电流控制误差乘以5/3系数、z1零序电流控制误差分别送给PI控制器，输出αβ轴虚拟定子电压z1零序电压给定并计算出αβ轴定子电压给定计算出剩余健康相逆变桥臂占空比D_B～D_E，送给五相逆变器剩余4相B～E桥臂功率管进行控制，实现αβ轴虚拟定子电流跟踪给定值，使得实际转子旋转角θ_r跟踪以微步方式变化，实现五相混合式步进电机缺一相微步控制运行。

技术领域

本发明涉及多相步进电机驱动技术领域，尤其涉及一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法

背景技术

混合式步进电机由于功率密度高、定位精度高，在位置控制应用领域得到广泛使用。为了降低电机制造成本，混合式步进电机定子绕组通常为两相，采用四桥臂进行供电。这种驱动结构带来两个使用上的问题：(1)由于采用两相绕组，没有中心线，两套绕组中不可避免存在零序电流分量，从而导致电机在低速运行区存在震荡，电机运行不平静；(2)由于混合式步进电机极对数很高(通常为50对极)，这样导致实际绕组电流跟踪控制运行速度很低，绝大多数情况下电机运行在绕组电流开环状态，此时加在绕组端部的电压为矩形波；这种矩形波电压直接使得绕组电流存在很多谐波分量，从而产生很大的转矩脉动，使得电机中高转速区运行不平静。

为了减弱两相混合式步进电机驱动系统的运行噪音，可以采用多相混合式步进电机驱动，其中五相混合式步进电机是一种较佳的结构。五相混合式步进电机采用五相桥臂的逆变器供电驱动，无论电机运行于低速运行区，还是中高转速运行区，均可以在电机相绕组上产生近似正弦波的电压，这样大大减小了绕组电流的谐波；同时，由于电机绕组为多相结构，即使逆变桥臂功率管损坏或电机绕组断路，还可以利用剩余健康相桥臂或剩余健康相绕组实现电机容错运行，从而使得五相混合式步进电机驱动系统可靠性明显比两相混合式步进电机驱动系统高。

五相混合式步进电机绕组无故障时，施加在五相绕组上的电压及电流为对称五相波形，在电机气隙中产生圆形轨迹的旋转磁场，该磁场与转速永磁体相互作用产生平稳的电磁转矩。但当绕组缺一相后，显然剩余健康4相绕组不再对称，若在剩余健康4相绕组中流过绕组无故障时的电流时后，在气隙中就会产生椭圆形轨迹磁场，该磁场与转子永磁体作用就会产生较大的转矩脉动，使得电机运行不平稳，产生很大的运行噪音，如何减少转矩脉动是五相混合式步进电机缺一相运行中期待解决的科学问题。

为此，本发明提出一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，在绕组缺一相情况，基于虚拟变量定义获得对称的混合式步进电机数学模型，基于此构建微步控制闭环，最终实现了电机缺一相后平稳运行。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，目的是基于虚拟变量定义的电机缺一相后的对称数学模型，利用电流闭环的方式实现转子以开环微步方式运行，降低了五相混合式步进电机缺一相后的转矩脉动。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种低转矩脉动五相混合式步进电机缺一相微步控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：利用电流传感器及其检测通道对剩余健康相B～E电流进行检测，检测出B～E相电流i_sB～i_sE；