基于无源性的两相混合式步进电机高性能伺服控制研究

发布时间：2017-12-17 22:00

  本文关键词：基于无源性的两相混合式步进电机高性能伺服控制研究

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【摘要】：步进电机是一种结构简单,工作可靠,能将电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机,具有较高的定位精度、无位置累积误差,驱动电流小、功耗低、转矩体积比大和驱动器成本低等优点,在计算机外围设备、机床、过程控制以及机器人等工业领域中有着广泛应用。传统的步进电机驱动器多采用开环运行方式,其成本低,简单,可实现无累积误差,但是常常会出现定位精度低、响应慢、存在共振区、转矩脉动大、失步堵转、效率低等现象以及对应用环境适应性差的问题,从而影响产品的质量。随着高标准现代工业的快速发展,现代制造工业工艺要求越来越复杂,对伺服系统的稳态性能、动态性能、调速范围和可靠性的要求也越来越高,传统的驱动方式常常已经难以满足实际应用要求。高性能两相混合式步进电机控制的研究工作可以提高该类电机的运行性能,进而拓宽其应用范围,增强其市场竞争力,适应现代先进制造工业发展的要求,因此具有重要的理论意义和实际价值。本论文将无源性控制运用到两相混合式步进电机中,针对本课题的研究对象-两相混合式步进电机,首先深入学习了该电机的结构和工作原理,并在简化的磁网络模型下,详细推导并建立了两相混合式步进电机两相静止坐标系下的数学模型,根据坐标变换,最终得到dq轴旋转坐标系下的数学模型。根据步进电机的数学模型,重点推导和设计了在哈密尔顿模型下的基于状态误差模型的无源性全阶速度控制器和降阶位置控制器,针对实际运行时负载转矩扰动未知的问题,设计了负载转矩扰动观测器。之后,在MATLAB/SIMULINK环境下搭建了该电机的仿真模型和无源性控制器,并在其环境下对比传统PID控制仿真验证了无源性速度控制器和位置控制器的有效性。最后,在控制实验平台的基础上,完成了无源性控制在两相混合式步进电机的速度控制和位置控制中的软件设计和调试,并对比传统PID控制,验证并得出了无源性控制在两相混合式步进电机的伺服控制中的鲁棒性、动态和稳态性方面的有效性和优越性。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM383.6

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本文编号：1301687