[发明专利]步进电动机高精度细分方法及其控制系统

摘要

本发明涉及一种步进电动机高精度细分方法及其控制系统；建立了“电流矢量恒幅均匀旋转”的数字模型和相应的技术解决方案；控制系统具有细分控制电路和细分控制函数修正电路及其计算机自动修正程序；本发明可将步进电机细分水平从目前国际上的最高记录２５．５″提高到１．５″以上，不仅大大增加了步进电机的分辨率，而且改善了其动态运转时的特性。本发明将会在众多的高新技术领域中得到广泛的应用。

主权项

1一种步进电机高精度细分方法，其特征在于：步骤一：建立一种可消除滞后角变化影响的步进电机细分控制函数数学模型：{iB=iM·SinxiA=iM·Cosx式中：iA-A相绕组电流iB-B相绕组电流X-控制参数iM-电流幅值Cosx-控制参数余弦值Sinx-控制参数正弦值步骤二：对运行于交流同步电机状态的步进电机所受控的交流模拟信号在一个周期内进行细分，每个细分点对应一个交流值；步骤三：按照细分控制函数数学模型对A、B两相绕组电流通过步距角细分控制电路实施控制，控制过程为：由控制台送来的控制电压信号，经A/D转换器转换为数字量信号，主控计算机根据信号大小，计算出步进电机应旋转的方向、步数及频率；上述信号输入到环形分配器中计数与分配，再送入细分控制函数发生器中，产生大小正比于控制函数x的正、余弦函数的两路电压VA、VB作为电机A、B两相绕组电流的控制电压；控制电压经电流调节器放大，与三角波发生器的输出电压比较，差值电压由脉宽调制电路整形为方波，用于控制功率桥中VMOS管的开通与关断，电机绕组WA、WB分别接到功率桥的对角线上，取得正、余弦电流iM·Sinx与iM·Cosx，这样每输入一个脉冲，电机转子就步进一个微步距角θf；步骤四：对影响细分控制精度的非线性及磁饱和因素，通过细分控制函数修正电路及相应计算机修正程序对细分函数实施修正，其控制函数电路修正过程如下：由主控机的数字量输出口向细分控制电路发出方向信号及控制脉冲，使步进电机在每发出一个脉冲时就转动一个微步距角；控制多路模拟开关将正、余弦旋转变压器输出的电压信号转换为数字量角度值，作为粗机测量值送入主控机记录；控制多路模拟开关将圆感应同步器输出的电压信号转换为数字量角度值，作为精机测量值送入主控机记录；主控机根据测量结果，利用二次牛顿插值法对固化在EPROM中的细分控制函数进行修正，修正好的结果重新固化在步距角细分电路的EPROM中；其计算机修正程序如下：由主控机数据采集板的数字量输出口向细分控制电路发出方向信号及控制脉冲，同时对多路模拟开关实施控制；主控机测量并记录由正、余弦旋转变压器和圆感应同步器输出的微步距角值；判断脉冲是否够4096次；根据记录结果，利用二次牛顿插值法对固化在EPROM中的细分控制函数进行修正并记录；步骤五：对由于负载不均匀带来的误差而影响细分精度的因素通过采用高精度径向止推传动机构的方法解决。