[发明专利]一种两相混合式步进电机中速转矩补偿方法及装置

说明书

本发明提供了一种两相混合式步进电机中速转矩补偿方法及装置，本发明先进行感应电动势观测，根据输入电压和输入电流求解静止坐标系下感应电动势，然后根据静止坐标系下感应电动势同时进行相位角调制和电压补偿。在进行相位角调制时根据静止坐标系下感应电动势和转矩常数求解转速，接着提取转矩脉动量，由此求解中速转矩补偿角度，并修正电机相位角；无需使用带通滤波器，扩大应用范围，也没有引入微分器，使得噪声信号没有被放大，避免增大对系统的干扰。同时根据静止坐标系下感应电动势求解中速转矩补偿电压补偿输出电压，增加中速下线圈上的有效电压，使得电机输出力矩变大。

技术领域

本发明属于电机转矩补偿技术领域，具体涉及一种两相混合式步进电机中速转矩补偿方法及装置。

背景技术

在实际应用中，步进电机为伺服系统的执行元件，所以步进电机设计中比较注重位置定位精确和产生较大转矩等方面。在定转子的设计中均为凸极结构并会在极上开有小齿，造成了气隙磁场存在着较大的空间谐波，从而导致电机的转矩脉动和转速波动也会比较大，容易产生噪声导致振荡。为了解决这个问题，业内人员进行了诸多研究。

例如申请号200910110021.8公开的《混合式步进电机转子旋转振荡抑制装置和抑制方法》。通过获取转矩脉动量并对其积分，乘以相应系数得到相位角调制量来抑制转子振荡。该方案中，使用带通滤波器，获取转矩脉动量，随着电压，电流，电机类型，负载的不同，转矩脉动量的频率范围也不同，带通滤波器的参数需要调整，通用性差，使用不便。

还有学者在两相混合步进电机伺服控制技术研究中提出了一种中高速开环电机振荡抑制方法，该方法通过磁链观测器得到转子估算角度，对其进行微分得到速度，通过高通滤波器得到速度脉振量，乘以一定增益得到给定的角度矫正量。该方案中由转子角度估算得到角度，进行微分得到转速；应用微分，会放大噪声信号，影响系统的运行。

并且现有混合式步进电机的输出电压没有得到有效的补偿，导致电机输出力矩不够大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用范围广、对系统干扰小并能增大输出力矩的两相混合式步进电机中速转矩补偿方法及装置。

本发明提供的这种两相混合式步进电机中速转矩补偿方法，首先进行感应电动势观测，根据输入电压和输入电流求解静止坐标系下感应电动势，然后根据静止坐标系下感应电动势同时进行相位角调制和电压补偿；

A、相位角调制，

A.1、根据静止坐标系下感应电动势和转矩常数求解转速，

A.2、提取转矩脉动量，

A.3、求解中速转矩补偿角度，修正电机给定电流相位角；

B、电压补偿，

B.1、坐标变换得旋转坐标系下感应电动势，

B.2、将旋转坐标系下感应电动势经低通滤波器后再进行反坐标变换，

B.3、求解中速转矩补偿电压，补偿输出电压。

本实施例中，进行感应电动势观测时，静止坐标系下感应电动势为：

，

，

式中，为输入电压，为输入电流，为电阻，为电感。

在步骤A.1中根据求解转速，

其中为转矩常数。

在步骤A.2中将转速经过低通滤波器得到转速直流分量，将转速和转速直流分量通过做差，得到转矩脉动量。

在步骤A.3中将转矩脉动量经过积分器，得到中速转矩补偿角度。