CN101814887B - 低损耗混合式步进电机驱动控制方法 - Google Patents

低损耗混合式步进电机驱动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低损耗混合式步进电机驱动控制方法及电路，该控制直接在定子坐标系下估计出电磁转矩后，计算出q轴有功电流分量
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；利用绕组电压闭环输出d轴无功电流分量
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；根据电流的有功和无功分量计算出电流幅值给定，构成可变电流幅值的混合式步进电机微步控制。该控制对两相及多相混合式步进电机均适用，能有效降低驱动控制系统发热，延长电机使用寿命。

Description

低损耗混合式步进电机驱动控制方法
技术领域
本发明涉及一种低损耗混合式步进电机驱动控制方法及电路。 
背景技术
混合式步进电机转子上采用永磁体励磁，电机工作时具有输出转矩大、效率高等优点，广泛应用于数控机床、雕刻机、绣花机、医疗器械等要求精确位置控制场合。目前混合式步进电机多采用微步控制方法降低转子旋转步距角，提高转子低速低细分时的旋转平稳性。微步控制采用绕组电流闭环结构，电流幅值恒定，相位受外部脉冲控制微步增加，从而在定子气隙中产生一些列幅值恒定、相位离散的电流矢量，驱动转子微步旋转。无论负载轻重，电流幅值总是控制在电机额定峰值水平，这样在电机轻载时绕组中流过很大的无功电流，产生三方面的缺点：1）很大的无功电流在定子绕组电阻上产生很大的铜损耗，绕组发热严重；2）很大的无功电流产生很大的电枢反应，使得气隙磁场急剧饱和，电机铁心损耗明显增大，铁心发热严重；3）很大的无功电流流过驱动器功率管，增大了功率管的开关损耗。以上三方面降低了驱动系统的工作效率。要求，定子绕组电流幅值随负载大小变化而自动调节，最大限度地减小电流的无功分量。 
    众所周知，采用矢量定向控制可以同时控制电机绕组电流有功和无功分量，将无功分量控制到最小，而有功分量取决于负载转矩大小，这种系统非常便于实现绕组电流最小控制。但该控制策略需要同轴安装检测转子位置的传感器，提高了步进电机驱动控制系统的成本；同时位置传感器与驱动控制硬件之间的连接导线也降低了驱动系统的可靠性。而且，矢量定向控制算法复杂，需要占用CPU的更多资源。 
    混合式步进电机采用微步控制，硬件结构简洁，软件算法简单，驱动系统成本低，符合混合式步进电机低成本发展趋势。在微步控制策略中实现绕组电流最小，很有意义。 
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种低损耗混合式步进电机驱动控制方法，能有效降低驱动控制系统的发热。 
本发明采用以下技术方案实现：一种低损耗混合式步进电机驱动控制方法，其特征在于：根据混合式步进电机微步控制系统已存在的绕组反馈电流 、
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE004
和绕组给定电压
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE008
，估计出电磁转矩
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE010
，然后进一步计算出转子同步旋转坐标系下的q轴电流及由绕组电压闭环给出的d轴电流；根据d、q轴电流计算出电流幅值，进而利用电流闭环实现绕组电流随负载大小变化而自动调节，最大限度地减小电流的无功分量。 
本发明的方法适用于两相或多相混合式步进电机，在一较佳实施例子中其实现步骤如下： 
（1）电机输入脉冲送入一电流给定相位角发生器得到电流给定相位角
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE012
；
（2）将所述
Figure 432862DEST_PATH_IMAGE012
同时送给余弦和正弦信号发生器，得到余弦和正弦信号
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE016
；
（3）利用、分别与计算得到的绕组给定电流幅值
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE018
相乘得到两绕组电流给定值
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE022
，即
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE026
；
（4）计算电流误差
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE030
，并通过PI调节器得到绕组电压给定
Figure 235842DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 562656DEST_PATH_IMAGE008
，，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE034
，其中：，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE036
，；
（5）
Figure 546662DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 93181DEST_PATH_IMAGE008
通过脉宽调制及功率管驱动得到控制逆变桥中功率管开关控制信号，实现绕组电流闭环控制；
上述步骤（3）中，绕组给定电流幅值
Figure 204356DEST_PATH_IMAGE018
由如下步骤得到：
（3.1）通过电流传感器以及相应的信号处理电路从逆变桥电路中测得所述的绕组反馈电流
Figure 651256DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE040
；
（3.2）将
Figure 432261DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 964611DEST_PATH_IMAGE008
及
Figure 613899DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 416769DEST_PATH_IMAGE040
送入磁链估计器，得到磁链
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE042
、，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE046
，，其中
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE050
为绕组电阻；
（3.3）将、
Figure 699907DEST_PATH_IMAGE044
及
Figure 887306DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 810262DEST_PATH_IMAGE040
送入转矩估计器中，得到转矩
Figure 556239DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE052
，其中：
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE054
为转子齿数；
（3.4）将
Figure 502330DEST_PATH_IMAGE010
送入q轴电流计算单元，得到q轴电流给定
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE056
，，其中：
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE060
为转子磁链；
（3.5）将
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 178905DEST_PATH_IMAGE056
送给电流幅值给定计算环节，得到电流幅值预给定值
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE066
；
（3.6）将
Figure 831735DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE068
送入电流幅值限幅环节输出电流幅值给定值
Figure 623979DEST_PATH_IMAGE018
，若
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE070
，则
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE072
，反之，，其中：一般取定子绕组额定峰值电流；
在上述的步骤（3.5）中，d轴电流给定值
Figure 420124DEST_PATH_IMAGE062
由如下步骤得到：
（3.5.1）根据直流母线电压
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE076
，计算绕组电压幅值给定
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE078
，对于两相电机：
Figure 927460DEST_PATH_IMAGE078
=
Figure 15239DEST_PATH_IMAGE076
，对于三相电机：
Figure 998239DEST_PATH_IMAGE078
=
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE080
；
（3.5.2）根据、
Figure 253826DEST_PATH_IMAGE008
计算出实际绕组电压幅值
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE082
，；
（3.5.3）
Figure 591135DEST_PATH_IMAGE078
、
Figure 795851DEST_PATH_IMAGE082
经过PI调节器，得到d轴电流预给定值
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE088
，其中：，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE092
，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE094
；
（3.5.4）将
Figure 119385DEST_PATH_IMAGE086
、
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE096
、送给d轴电流限幅环节，得到d轴电流给定
Figure 834269DEST_PATH_IMAGE062
，当
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE100
时，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE102
，当
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE104
时， 
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE106
，其中：
Figure 280163DEST_PATH_IMAGE098
取定子绕组额定峰值电流；
Figure 470711DEST_PATH_IMAGE096
取10%
Figure 145406DEST_PATH_IMAGE098
。
对于三相混合式步进电机，需通过电流传感器以及相应的信号处理电路从逆变桥电路中测得电机三相中任意两相电流
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE108
 、，采用3/2坐标变换计算
Figure 980375DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 347903DEST_PATH_IMAGE040
如下： 
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE112
，
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE114
；
需要采用三相逆变桥控制电机绕组电压，在获得电压给定
Figure 635533DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 113919DEST_PATH_IMAGE008
后，采用空间电压矢量调制方法即可获得驱动三相逆变桥的功率管开关控制信号。
本发明的另一目的是为实现上述方法提供一种低损耗混合式步进电机驱动控制电路，其包括依次电性连接的整流电路、滤波电路、逆变电路及混合式步进电机，其特征在于：还包括直流母线电压采集电路、用于驱动逆变器的隔离驱动模块及电机绕组电流采集电路；所述的直流母线电压采集电路和电机绕组电流采集电路的输出端与中央控制器连接，所述的中央控制器的输出端与隔离驱动模块及人机接口模块连接。 
本发明基于实际负载需要，采用电流闭环方式，使电机绕组中流过的电流幅值最小，达到减小驱动系统损耗目的。本控制与现有的控制策略相比较，具有如下优点：1）无需位置传感器，降低了驱动系统硬件成本；2）无需矢量定向，避免了气隙饱和对控制算法的影响；3）降低了驱动系统总损耗，提高了系统效率。 
附图说明
图1是系统控制原理框图。 
图2是坐标及相关矢量定义。 
图3是实施例的驱动系统硬件结构示意图。 
具体实施方式
如图1和图2所示，图1是本发明的系统控制原理框图，图2是坐标及相关矢量定义，混合式步进电机绕组电流可以在转子同步dq旋转坐标系中分解为d轴分量
Figure 2010101920440100002DEST_PATH_IMAGE116
和q轴分量
Figure DEST_PATH_IMAGE118
，其中
Figure 68975DEST_PATH_IMAGE118
用于产生电磁转矩，驱动外部机械，属于有功电流；
Figure 341824DEST_PATH_IMAGE116
用于调节气隙磁链，属于无功电流。将
Figure 8429DEST_PATH_IMAGE116
控制到最低值，即可将绕组电流幅值降低至最小值，从而将绕组铜损耗、铁心铁损耗及功率管开关损耗降低至最低。请继续参照图1，由图1可知，输入脉冲送入电流给定相位角发生器得到电流给定相位角； 同时送给余弦和正弦信号发生器，得到余弦和正弦信号
Figure 340556DEST_PATH_IMAGE014
、；
Figure 750864DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 978714DEST_PATH_IMAGE016
分别与计算得到的电流给定幅值
Figure 357480DEST_PATH_IMAGE018
相乘得到两相绕组电流给定值
Figure 670781DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 29081DEST_PATH_IMAGE022
；电流误差通过PI调节器得到绕组电压给定
Figure 875552DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 661106DEST_PATH_IMAGE008
，通过脉宽调制及功率管驱动得到控制逆变桥中功率管控制信号，实现绕组电流闭环控制；检测的绕组电流
Figure 983675DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 145666DEST_PATH_IMAGE040
一方面用于构成电流闭环控制反馈，另一方面与、
Figure 632459DEST_PATH_IMAGE008
一道送给磁链估计器，得到磁链
Figure 481204DEST_PATH_IMAGE042
、；
Figure 300573DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 693508DEST_PATH_IMAGE044
与
Figure 29549DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 533343DEST_PATH_IMAGE040
一起送给转矩估计器，得到转矩
Figure 507115DEST_PATH_IMAGE010
；从转矩
Figure 70952DEST_PATH_IMAGE010
计算出q轴电流分量
Figure 894289DEST_PATH_IMAGE056
；根据直流母线电压计算出绕组电压给定值
Figure 30052DEST_PATH_IMAGE078
；根据
Figure 764790DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 809844DEST_PATH_IMAGE008
计算出实际绕组电压幅值
Figure 921020DEST_PATH_IMAGE082
；
Figure 869384DEST_PATH_IMAGE078
、
Figure 775023DEST_PATH_IMAGE082
经过PI调节器，得到d轴电流预给定值
Figure 307373DEST_PATH_IMAGE086
；由d轴电流最小初始值环节得到d轴电流给定最小值
Figure 691081DEST_PATH_IMAGE096
；由d轴电流最大值环节得到d轴电流最大值
Figure 759531DEST_PATH_IMAGE098
；
Figure 836072DEST_PATH_IMAGE086
、
Figure 793401DEST_PATH_IMAGE096
、送给d轴电流限幅环节，得到d轴电流给定；
Figure 587417DEST_PATH_IMAGE062
、送给电流幅值给定计算环节，得到电流幅值预给定值
Figure 586914DEST_PATH_IMAGE064
；电流幅值最大值环节输出电流幅值最大值
Figure 862912DEST_PATH_IMAGE068
；将
Figure 281255DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 449062DEST_PATH_IMAGE068
送入电流幅值限幅环节输出电流幅值给定值。 
    混合式步进电机转子由两段错开半个齿距同轴安装而成，一个齿距范围气隙基本相等，导致电机沿径向导磁性能也基本相同，绕组自电感基本恒定。所以电磁转矩
Figure 374348DEST_PATH_IMAGE010
主要由转子永磁磁链
Figure 963592DEST_PATH_IMAGE060
与定子电流相互作用产生，即
Figure DEST_PATH_IMAGE120
。这样根据电磁转矩即可确定电机所需的q轴电流
Figure 320493DEST_PATH_IMAGE056
。若d轴电流给定
Figure 653385DEST_PATH_IMAGE062
等于0，则构成电流闭环控制后，绕组中电流幅值达到最小，电机绕组电阻铜损耗
Figure DEST_PATH_IMAGE122
（）自然达到最小。由于绕组电流幅值最小，定子产生的电枢反应最小，产生的气隙磁链
Figure DEST_PATH_IMAGE126
最小，铁心产生的铁损耗
Figure DEST_PATH_IMAGE128
（
Figure DEST_PATH_IMAGE130
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE132
为气隙磁路磁阻）最小。由于流过绕组中电流幅值最小，流过功率管中电流幅值也最小，从而，功率管的开关损耗也达到最小。这样，实现了驱动控制系统损耗至最小。 
实际混合式步进电动机d轴电感
Figure DEST_PATH_IMAGE134
稍大于q轴电感
Figure DEST_PATH_IMAGE136
，则根据电磁转矩
Figure DEST_PATH_IMAGE138
可知，限定d轴正向电流不低于设定的最小值时有利于电机负载能力的提高。所以，当
Figure 12298DEST_PATH_IMAGE100
时，
Figure 38023DEST_PATH_IMAGE102
，用以提高电机负载能力；当
Figure 242739DEST_PATH_IMAGE104
时， 
Figure 612278DEST_PATH_IMAGE106
，以便进一步提高转速。 
本发明的方法适用于两相及多相混合式步进电机，为了让一般技术人员更好的了解本发明，本实施例中具体介绍如下实现步骤： 
（1）电机输入脉冲送入一电流给定相位角发生器得到电流给定相位角
Figure 218840DEST_PATH_IMAGE012
；
（2）将所述
Figure 415466DEST_PATH_IMAGE012
同时送给余弦和正弦信号发生器，得到余弦和正弦信号
Figure 841900DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 218392DEST_PATH_IMAGE016
；
（3）利用
Figure 679460DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 781409DEST_PATH_IMAGE016
分别与计算得到的绕组给定电流幅值
Figure 482690DEST_PATH_IMAGE018
相乘得到两绕组电流给定值
Figure 961076DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 276651DEST_PATH_IMAGE022
，即
Figure 815079DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 652323DEST_PATH_IMAGE026
；
（4）计算电流误差
Figure 934400DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 370060DEST_PATH_IMAGE030
，并通过PI调节器得到绕组电压给定、
Figure 466247DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 286436DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 576603DEST_PATH_IMAGE034
，其中：，
Figure 689790DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 65408DEST_PATH_IMAGE038
；
（5）
Figure 689287DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 833960DEST_PATH_IMAGE008
通过脉宽调制及功率管驱动得到控制逆变桥中功率管开关控制信号，实现绕组电流闭环控制；
上述步骤（3）中，绕组给定电流幅值
Figure 321311DEST_PATH_IMAGE018
由如下步骤得到：
（3.1）通过电流传感器以及相应的信号处理电路从逆变桥电路中测得所述的绕组反馈电流
Figure 184225DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 346216DEST_PATH_IMAGE040
；
（3.2）将
Figure 109511DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 331545DEST_PATH_IMAGE008
及
Figure 416175DEST_PATH_IMAGE002
、送入磁链估计器，得到磁链、
Figure 392593DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 230099DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 733893DEST_PATH_IMAGE048
，其中为绕组电阻，其可从电机铭牌上得到；
（3.3）将
Figure 770037DEST_PATH_IMAGE042
、及
Figure 572963DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 666820DEST_PATH_IMAGE040
送入转矩估计器中，得到转矩
Figure 401558DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 948077DEST_PATH_IMAGE052
，其中：为转子齿数，其可从电机铭牌上得到；
（3.4）将
Figure 178256DEST_PATH_IMAGE010
送入q轴电流计算单元，得到q轴电流给定
Figure 83895DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 616246DEST_PATH_IMAGE058
，其中：
Figure 265533DEST_PATH_IMAGE060
为转子磁链，其可从电机铭牌上得到；
（3.5）将
Figure 333983DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 410523DEST_PATH_IMAGE056
送给电流幅值给定计算环节，得到电流幅值预给定值
Figure 164590DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure 617568DEST_PATH_IMAGE066
；
（3.6）将
Figure 540525DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 787967DEST_PATH_IMAGE068
送入电流幅值限幅环节输出电流幅值给定值，若
Figure 958103DEST_PATH_IMAGE070
，则
Figure 735566DEST_PATH_IMAGE072
，反之，
Figure 652444DEST_PATH_IMAGE074
，其中：
Figure 148148DEST_PATH_IMAGE068
一般取定子绕组额定峰值电流，其可从电机铭牌上得到；
在上述的步骤（3.5）中，d轴电流给定值
Figure 677349DEST_PATH_IMAGE062
由如下步骤得到：
（3.5.1）根据直流母线电压，计算绕组电压幅值给定
Figure 662677DEST_PATH_IMAGE078
，对于两相电机：
Figure 380098DEST_PATH_IMAGE078
=
Figure 712990DEST_PATH_IMAGE076
，对于三相电机：
Figure 465045DEST_PATH_IMAGE078
=
Figure 661409DEST_PATH_IMAGE080
；
（3.5.2）根据
Figure 866126DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 2709DEST_PATH_IMAGE008
计算出实际绕组电压幅值，；
（3.5.3）
Figure 754303DEST_PATH_IMAGE078
、
Figure 694577DEST_PATH_IMAGE082
经过PI调节器，得到d轴电流预给定值
Figure 654180DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure 693812DEST_PATH_IMAGE088
，其中：
Figure 873120DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure 850041DEST_PATH_IMAGE092
，
Figure 165616DEST_PATH_IMAGE094
；
（3.5.4）将
Figure 704045DEST_PATH_IMAGE086
、
Figure 105070DEST_PATH_IMAGE096
、送给d轴电流限幅环节，得到d轴电流给定
Figure 55764DEST_PATH_IMAGE062
，当
Figure 765094DEST_PATH_IMAGE100
时，
Figure 653415DEST_PATH_IMAGE102
，当
Figure 972139DEST_PATH_IMAGE104
时， 
Figure 262306DEST_PATH_IMAGE106
，其中：
Figure 142537DEST_PATH_IMAGE098
取定子绕组额定峰值电流；取10%
Figure 578253DEST_PATH_IMAGE098
。
对于三相混合式步进电机，需通过电流传感器以及相应的信号处理电路从逆变桥电路中测得电机三相中任意两相电流
Figure 722926DEST_PATH_IMAGE108
 、
Figure 774059DEST_PATH_IMAGE110
，采用3/2坐标变换计算
Figure 135508DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 297499DEST_PATH_IMAGE040
如下： 
Figure 562258DEST_PATH_IMAGE112
，
Figure 518713DEST_PATH_IMAGE114
；
需要采用三相逆变桥控制电机绕组电压，在获得电压给定
Figure 367458DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 333140DEST_PATH_IMAGE008
后，采用空间电压矢量调制方法即可获得驱动三相逆变桥的功率管开关控制信号。
请参照图3，图3是实现上述方法的驱动系统硬件结构示意图，由图中可知，其包括依次电性连接的整流电路、滤波电路、逆变电路及混合式步进电机，其特征在于：还包括直流母线电压采集电路、用于驱动逆变器的隔离驱动模块及电机绕组电流采集电路；所述的直流母线电压采集电路和电机绕组电流采集电路的输出端与中央控制器连接，所述的中央控制器的输出端与隔离驱动模块及人机接口模块连接。要说明的是，本实施例子中所述逆变器中功率管采用IGBT或MOFET，中央控制器采用DSP或单片机。电机绕组电流采集电路采用霍尔电流传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用绕组串功率电阻后接差分运算放大器相结合方式构成。采用霍尔方案可以有效实现控制回路与主回路的电气隔离，采用绕组串功率电阻方案可以降低驱动系统成本。直流母线电压采集电路采用霍尔电压传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用并联电阻，分压后接由运算放大器构成的电压跟随器相结合方式构成。绕组电流采集电路和母线电压采集电路输出弱电压信号送到中央控制器A/D转换模块。根据取得的信号和本发明的控制策略，计算出应发出的控制信号，经由隔离驱动去控制逆变器中的功率开关管的开关动作。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (2)

1. 一种低损耗混合式步进电机驱动控制方法，其特征在于：根据混合式步进电机微步控制系统已存在的绕组反馈电流                                               
Figure 2010101920440100001DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和绕组给定电压、
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，估计出电磁转矩
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，然后进一步计算出转子同步旋转坐标系下的q轴电流及由绕组电压闭环给出的d轴电流；根据d、q轴电流计算出电流幅值，进而利用电流闭环实现绕组电流随负载大小变化而自动调节，最大限度地减小电流的无功分量；所述控制方法适用于两相或多相混合式步进电机；
所述的两相或多相混合式步进电机的控制步骤如下：
（1）电机输入脉冲送入一电流给定相位角发生器得到电流给定相位角
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
（2）将所述
Figure 265667DEST_PATH_IMAGE014
同时送给余弦和正弦信号发生器，得到余弦和正弦信号
Figure DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
（3）利用
Figure 120491DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 900228DEST_PATH_IMAGE018
分别与计算得到的绕组给定电流幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE020
相乘得到两绕组电流给定值
Figure DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure DEST_PATH_IMAGE028
；
（4）计算电流误差，，并通过PI调节器得到绕组电压给定、
Figure 789436DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，，其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
；
（5）
Figure 424948DEST_PATH_IMAGE006
、通过脉宽调制及功率管驱动得到控制逆变桥中功率管开关控制信号，实现绕组电流闭环控制；
上述步骤（3）中，绕组给定电流幅值
Figure 327099DEST_PATH_IMAGE020
由如下步骤得到：
（3.1）通过电流传感器以及相应的信号处理电路从逆变桥电路中测得所述的绕组反馈电流
Figure 995978DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure DEST_PATH_IMAGE042
；
（3.2）将
Figure 927025DEST_PATH_IMAGE006
、及、送入磁链估计器，得到磁链
Figure DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为绕组电阻；
（3.3）将、
Figure 800172DEST_PATH_IMAGE046
及
Figure 12979DEST_PATH_IMAGE002
、送入转矩估计器中，得到转矩
Figure 433694DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为转子齿数；
（3.4）将
Figure 100298DEST_PATH_IMAGE010
送入q轴电流计算单元，得到q轴电流给定
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
，其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为转子磁链；
（3.5）将
Figure DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 490697DEST_PATH_IMAGE058
送给电流幅值给定计算环节，得到电流幅值预给定值
Figure DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
；
（3.6）将
Figure 864041DEST_PATH_IMAGE066
、送入电流幅值限幅环节输出电流幅值给定值
Figure 573371DEST_PATH_IMAGE020
，若
Figure DEST_PATH_IMAGE072
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE074
，反之，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，其中：
Figure 897911DEST_PATH_IMAGE070
一般取定子绕组额定峰值电流；
在上述的步骤（3.5）中，d轴电流给定值
Figure 780416DEST_PATH_IMAGE064
由如下步骤得到：
（3.5.1）根据直流母线电压
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，计算绕组电压幅值给定
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，对于两相电机：
Figure 8266DEST_PATH_IMAGE080
=
Figure 950814DEST_PATH_IMAGE078
，对于三相电机：
Figure 824967DEST_PATH_IMAGE080
=
Figure DEST_PATH_IMAGE082
；
（3.5.2）根据
Figure 183267DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 655837DEST_PATH_IMAGE008
计算出实际绕组电压幅值，；
（3.5.3）
Figure 644653DEST_PATH_IMAGE080
、
Figure 569883DEST_PATH_IMAGE084
经过PI调节器，得到d轴电流预给定值
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE092
，
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
；
（3.5.4）将、
Figure DEST_PATH_IMAGE098
、
Figure DEST_PATH_IMAGE100
送给d轴电流限幅环节，得到d轴电流给定
Figure 558752DEST_PATH_IMAGE064
，当
Figure DEST_PATH_IMAGE102
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，当
Figure DEST_PATH_IMAGE106
时， 
Figure DEST_PATH_IMAGE108
，其中：取定子绕组额定峰值电流；
Figure 68679DEST_PATH_IMAGE098
取10%
Figure 96678DEST_PATH_IMAGE100
。
2.根据权利要求1所述的低损耗混合式步进电机驱动控制方法，其特征在于：对于三相混合式步进电机，需通过电流传感器以及相应的信号处理电路从逆变桥电路中测得电机三相中任意两相电流 、
Figure DEST_PATH_IMAGE112
，采用3/2坐标变换计算
Figure 652162DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 779518DEST_PATH_IMAGE042
如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE114
，
Figure DEST_PATH_IMAGE116
；
需要采用三相逆变桥控制电机绕组电压，在获得电压给定
Figure 617024DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 619353DEST_PATH_IMAGE008
后，采用空间电压矢量调制方法获得驱动三相逆变桥的功率管开关控制信号。
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