CN204886773U - 一种步进电机闭环控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种步进电机闭环控制系统，其包括指令模块、位置闭环控制器、速度闭环控制器、电流闭环控制器、三相逆变器、SVPWM模块、步进电机和速度与位置检测模块；位置闭环控制器连接指令模块，位置指令依次经过步进电机、速度与位置检测模块后反馈到位置闭环控制器，形成位置环；速度闭环控制器连接指令模块，速度指令依次经过步进电机、速度与位置检测模块后反馈到速度闭环控制器，形成速度环；电流闭环控制器连接三相逆变器，电流依次流经三相逆变器和步进电机后，步进电机中的其中两相电流反馈到电流闭环控制器，形成电流环。本实用新型的优点：实现自适应控制，动态响应高，提高了直流电压利用率，降低了步进电机发热，延长使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化控制技术领域，尤其是涉及一种步进电机闭环控制系统。
背景技术
随着科技的高速发展，各种工具机的制造日益精良，加之为增加经济效益需要不断降低成本，因此，自动化控制成为发展趋势，不仅可以提供产品的产量，还可以使得产品趋向于标准化，减少废品浪费。
自动化控制上常用到步进控制系统，传统步进系统有开环控制系统和闭环控制系统，对于开环控制系统仅仅是对电流进行闭环控制，无位置反馈和速度反馈；而现有技术中的闭环控制系统在步进电机上安装反馈装置，对位置信号进行检测，主要将位置信号和给定信号比较处理，解决位置丢步问题，但是这种闭环控制系统存在自适应控制差的缺陷，不能根据负载大小自适应调节输出力矩，动态响应差，步进电机发热严重，高速输出力矩小。
实用新型内容
为了解决现有步进控制系统控制不够全面，自适应能力差等问题，本实用新型提供一种步进电机闭环控制系统，其目的在于通过对步进系统位置信号和电流信号进行检测，设置位置环、速度环、电流环进行三个闭环控制，结合全矢量控制算法和转子磁链动态算法，实现自适应控制系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案：
一种步进电机闭环控制系统，其特征在于包括：指令模块、位置闭环控制器、速度闭环控制器、电流闭环控制器、三相逆变器、SVPWM模块、步进电机以及速度与位置检测模块。
所述指令模块输入速度指令和位置指令。
所述位置闭环控制器连接指令模块，接收位置指令，并传送到步进电机；该位置指令依次经过步进电机、速度与位置检测模块后反馈到位置闭环控制器，形成位置环。
所述速度闭环控制器连接指令模块，接收速度指令，并传送到步进电机；该速度令指依次经过步进电机、速度与位置检测模块后反馈到速度闭环控制器，形成速度环。
所述电流闭环控制器连接三相逆变器，电流依次流经电流闭环控制器、三相逆变器和步进电机后，步进电机中的其中两相电流反馈到电流闭环控制器，形成电流环。
所述SVPWM模块与电流闭环控制器之间设有Park逆变换，反馈到电流闭环控制器的电流经Park逆变换后输入SVPWM模块，SVPWM模块处理后控制步进电机工作。
作为优选地，所述步进电机反馈的两相电流分别为步进电机d轴和q轴的电流。
作为优选地，所述指令模块包括SCI接收模块和SCI发送模块，SCI接收模块接收指令后，通过模拟速度信号输入、SCI速度指令输入或SCI位置指令输入中的其中一种或几种模式选择输入指令。
作为优选地，所述步进电机反馈的两相电流反馈到电流闭环控制器时，电流经过了Clarke变换和park变换。
与现有技术相比，采用本实用新型产生的有益效果：1、本实用新型采用位置环、速度环以及电流环三个闭环控制，根据负载变化改变输出力矩，实现自适应控制。
2、本闭环控制系统结合矢量控制算法和转子磁链动态算法处理信号，使得本实用新型不仅具有极高的动态响应，而且高速力矩得到大大提升。
3、采用空间矢量即SVPWM模块处理电路中的电流，有效降低步进电机谐波，大大提高了直流电压的利用率，降低了步进电机发热，延长步进电机的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型一种步进电机闭环控制系统的结构示意图。
图2为本实用新型一种步进电机闭环控制系统的原理图。
图3为本实用新型一种步进电机闭环控制系统的矢量控制原理图。
具体实施方式
本实用新型是对现有步进系统闭环控制技术的改进，通过在系统中设置三个闭环控制，结合矢量控制算法和转子磁链动态算法，达到自适应调节系统。为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型的实质性特点作进一步的说明。
如图1至图2所示,本实用新型提供的一种步进电机闭环控制系统，其包括指令模块1、位置闭环控制器2、速度闭环控制器3、电流闭环控制器4、三相逆变器5、SVPWM模块6、步进电机7以及速度与位置检测模块8。其中指令模块1用于输入和输出速度指令和位置指令，指令模块1包括SCI接收模块和SCI发送模块；SCI接收模块接收指令后，通过模拟速度信号输入、SCI速度指令输入或SCI位置指令输入中的其中一种或几种模式选择输入指令。
位置闭环控制器2连接指令模块1，接收位置指令，位置指令传送到步进电机7，步进电机7将该位置指令传送到速度与位置检测模块8，速度与位置检测模块8检测位置信息后反馈到位置闭环控制器2，形成位置环。
速度闭环控制器3连接指令模块1，接收速度指令，速度指令传送到步进电机7，步进电机7将该速度指令传送到速度与位置检测模块8，速度与位置检测模块8检测速度信息后反馈到速度闭环控制器3，形成速度环。
电流闭环控制器4连接三相逆变器5，电流依次流经电流闭环控制器4、三相逆变器5和步进电机7后，步进电机7中的其中两相电流经Clarke变换和park变换后反馈到电流闭环控制器4，形成电流环；SVPWM模块6与电流闭环控制器4之间设有Park逆变换，反馈到电流闭环控制器4的电流经Park逆变换后输入SVPWM模块6，SVPWM模块6处理后控制步进电机7工作。更具体地，步进电机7反馈的两相电流分别为步进电机7D轴和Q轴的电流,电流经Park逆变换后，输入SVPWM模块6，SVPWM模块6处理后降低步进电机7的谐波，使得步进电机7转矩脉动，电流波形畸变减少，使旋转磁场更逼近圆形，提高直流电压利用率。
本优选实施例采用位置环、速度环和电流环控制步进电机7系统，通过全矢量控制算法和转子磁链动态算法，根据负载的大小，动态调节力矩输出，从而到达自适应控制，有效降低能耗和步进电机7发热、提高高速力矩。
如图3所示，本实用新型的矢量控制原理：步进电机7A相、B相绕组电流ia、ib经过Clarke变换得到ab方向的电流ia、ib，将三相静止坐标转换成二相静止坐标，Clarke变换根据功率等效原则将三相绕组步进电机7等效成二相绕组步进电机7（三相绕组步进电机7通三相互差120相角度电流便能得到幅值不变角度旋转的圆形磁链矢量，而二相通差90相角度的电流也能达到这样的旋转圆形磁链矢量）；再经Park变换得到dq方向的电流分量id、iq。即将二相静止坐标转换成二相旋转坐标转换至d、q轴上。iq为励磁分量，在闭环步进系统中希望励磁磁链全部转子永磁体产生，即id=0，而定子电流只用于产生电磁转矩，满足以上条件，只需做到定子磁链角度超前转子磁链90度即可，即定子旋转磁场始终保持90度角度差拖动转子转动。步进电机7的反馈速度与速度给定的差值经过PI调节输出作为q轴电流给定iq，由于电磁转矩Te∞iq，*iq即代表了转矩指令，*iq与反馈交轴电流iq做差后，通过q轴电流PI调节得到q轴电压给定量*uq。而d轴电流给定*id设为0,得d轴电流误差经过d轴电流PI调节后得到d轴电压给定量*ud。*ud、*uq经Park逆变换后作为SVPWM模块6的输入ua*、ub*，SVPWM算法包含从二相静止坐标转换至三相坐标的变换,在SVPWM中通过相应计算得到对应的扇区值和开关器件导通时间，由此输出PWM波去控制开关器件的开关,从而控制步进电机7旋转。
本实施例由位置环、速度环、电流环组成全闭环系统，主要通过输入与输出的比较值来调节闭环控制系统的有效输出力矩，当输入与输出的差值小时，减小输出电流和减小功率角，从而降低输出力矩；反之，增大输出电流同时将功率角增大，直至功率角为90度，输出最大力矩为止。这种调节功能为自适应调节功能，根据步进电机7的负载自动调节输出力矩大小。本实施例采用直接跟踪法矢量控制技术，故具有极高的动态响应，高速力矩得到大大提升；采用空间矢量（SVPWM）有效降低步进电机谐波：谐波成分小，基波成分大，不仅使得步进电机7转矩脉动，而且电流波形畸变减少，使旋转磁场更逼近圆形，直流电压利用率有了很大的提高，大大降低了步进电机7发热。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，均属本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种步进电机闭环控制系统，其特征在于包括：指令模块（1）、位置闭环控制器（2）、速度闭环控制器（3）、电流闭环控制器（4）、三相逆变器（5）、SVPWM模块（6）、步进电机（7）以及速度与位置检测模块（8）；
所述指令模块（1）输入速度指令和位置指令；
所述位置闭环控制器（2）连接指令模块（1），接收位置指令，并传送到步进电机（7）；该位置指令依次经过步进电机（7）、速度与位置检测模块（8）后反馈到位置闭环控制器（2），形成位置环；
所述速度闭环控制器（3）连接指令模块（1），接收速度指令，并传送到步进电机（7）；该速度指令依次经过步进电机（7）、速度与位置检测模块（8）后反馈到速度闭环控制器（3），形成速度环；
所述电流闭环控制器（4）连接三相逆变器（5），电流依次流经电流闭环控制器（4）、三相逆变器（5）和步进电机（7）后，步进电机（7）中的其中两相电流反馈到电流闭环控制器（4），形成电流环；
所述SVPWM模块（6）与电流闭环控制器（4）之间设有Park逆变换，反馈到电流闭环控制器（4）的电流经Park逆变换后输入SVPWM模块（6），SVPWM模块（6）处理后控制步进步进电机（7）工作。
2.根据权利要求1所述的一种步进电机闭环控制系统，其特征在于：所述步进电机（7）反馈的两相电流分别为步进电机d轴和q轴的电流。
3.根据权利要求1所述的一种步进电机闭环控制系统，其特征在于：所述指令模块（1）包括SCI接收模块和SCI发送模块，SCI接收模块接收指令后，通过模拟速度信号输入、SCI速度指令输入或SCI位置指令输入中的其中一种或几种模式选择输入指令。
4.根据权利要求1所述的一种步进电机闭环控制系统，其特征在于：所述步进电机（7）反馈的两相电流反馈到电流闭环控制器（4）时，电流经过了Clarke变换和park变换。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106602948A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-04-26 | 合肥工业大学 | 微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统及其控制方法 |
| CN106621209A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-05-10 | 上海交通大学 | 腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法及系统 |
| CN106842024A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-13 | 东南大学 | 一种新型电机控制性能测试系统 |
| CN107070326A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-18 | 浙江理工大学 | 基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置及方法 |
| CN108223292A (zh) * | 2016-12-09 | 2018-06-29 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风力发电机组及其盘车系统、盘车控制方法与装置 |
| CN108282119A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-13 | 深圳市青蓝自动化科技有限公司 | 一种两相步进电机驱动器及其电流采样方法 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106621209A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-05-10 | 上海交通大学 | 腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法及系统 |
| CN106621209B (zh) * | 2016-09-18 | 2019-08-09 | 上海交通大学 | 腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法及系统 |
| CN108223292A (zh) * | 2016-12-09 | 2018-06-29 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风力发电机组及其盘车系统、盘车控制方法与装置 |
| CN106842024A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-13 | 东南大学 | 一种新型电机控制性能测试系统 |
| CN106602948A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-04-26 | 合肥工业大学 | 微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统及其控制方法 |
| CN106602948B (zh) * | 2017-02-21 | 2019-03-08 | 合肥工业大学 | 微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统及其控制方法 |
| CN107070326A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-18 | 浙江理工大学 | 基于三相逆变器的两相步进电机闭环驱动装置及方法 |
| CN108282119A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-13 | 深圳市青蓝自动化科技有限公司 | 一种两相步进电机驱动器及其电流采样方法 |
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