汽车仪表步进电机控制系统设计与性能分析

发布时间：2020-03-21 07:58

【摘要】：步进电机作为一种将电脉冲信号转换成相应角位移的执行器件,具有定位精度高、动态转矩大、控制简单等特点,可直接采用数字信号进行开环控制。为实现步进电机的平稳快速运行,提高电机加速能力以及减弱启停过程中对电机的冲击,并防止失步,合理的加速度曲线设计十分重要。本文通过建立基于MATLAB/SIMULINK的步进电机控制系统仿真模型研究运行曲线对步进电机控制性能的影响,实现步进电机转动速度和控制精度的优化,该仿真模型也为预测其它步进电机系统的工作性能提供了一种途径。本文对步进电机的工作原理和结构进行了系统分析,结合步进电机的基本特性,以及步进电机的细分驱动技术。通过对步进电机加减速算法的研究,设计了一种实时控制的步进电机S曲线加减速算法。本文通过对步进电机开环控制系统的深入研究,建立了基于SIMULINK的步进电机控制系统仿真模型,并对对梯形、指数型、S型曲线进行仿真,在此基础上对三种运行曲线的仿真结果进行比较分析,研究改进型S曲线算法的高效性。本文基于汽车仪表步进电机的数据采集原理,结合现有数据滤波算法,限幅滤波法、移动平滑滤波法等,对实车数据进行滤波处理,使所得数据能排除干扰项,在误差允许范围内提高数据的平滑性,对电机的低速抖动起到抑制作用。为验证改进型S曲线算法的控制性能,本文基于步进电机控制系统的硬件实验平台,设计软件控制程序。实验验证表明,实验结果与仿真结果基本一致。结果表明采用改进型S运行曲线可明显提高步进电机的转动速度,有效解决了汽车仪表指针旋转中准确度与平滑度相矛盾的问题。
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硕士学位论文8图 2.1 开环控制原理图2.1.2 闭环控制原理及特性步进电机闭环控制主要指结合 PID 控制、模糊 PID 等控制学理论确定转子位置实时跟踪，明确其响应状态的一种控制方式。通常情况下，闭环控制需在电机转子上安装传感器，从而向驱动器进行反馈，形成闭环系统。角速度传感器既可以检测转动位置，又可以通过反馈信息实时对角度进行纠正检测，避免失步。闭环控制方式主要有两种方式：其一，电流闭环控制，电流相位与激磁磁通保持同步，，产生电磁转矩，促使负载随之转动；其二，功率角闭环控制，电机电流大小维持不变，改变激磁磁通和电流相位角。闭环控制能有效地检测转子的位置或速度，使得驱动序列能根据转子的位置或速度实时变化。图 2.2 步进电机闭环控制逻辑图2.2 步进电机的结构和工作原理分析根据转子的结构，步进电机可以分为永磁式电机和反应式电机以及感应子式电机。永磁式步进电机，其外部为定子，中间为器芯。圆柱型转子，其外表面分布 N、S 两极，依靠电磁转矩工作。反应式步进电机，其定子上具有励磁绕组，通过改变磁导来生成转矩。由于转子齿槽齿极的

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本文编号：2593029