步进电机细分驱动控制系统

1步进电机细分驱动控制系统步进电机细分驱动控制系统由集成化恒流斩波驱动器、D/A转换部分、微处理器系统等组成 ,如图 1所示。控制系统的EPROM (2 75 12 )中写入了各种运行状态的程序及子程序库 ,开始时通过键盘输入步进电机细分数 ,然后处理相应的细分驱动子程序 ,由TLC75 2 8完成数模转换 ,同时电机电枢采样电阻采样电机电枢电流 ,实现PWM恒流斩波驱动控制。下面对各部分功能分述如下。图 1　驱动控制系统总体框图1.1集成化恒流斩波驱动器系统采用SS4B0 0lC作为步进电机细分驱动控制系统的驱动器。集成化的SS4B0 0lC型是一种 2…     

步进电机细分驱动控制系统的研究与实现

通过对步进电机细分驱动原理的分析,合理选择细分电流波形,采用单片机及步进驱动模块,实现了等步距角等转矩的最佳步进恒流斩波细分驱动控制系统的设计,解决了步进电机低频振荡高频扭矩小的问题。     

步进电机细分驱动控制系统的研究与实现

通过对步进电机细分驱动原理的分析，合理选择细分电流波形，采用单片机及步进驱动模块，实现了等步距角等转矩的最佳步进恒流斩波细分驱动控制系统的设计，解决了步进电机低频振荡高频扭矩小的问题。     

步进电机自适应细分多轴运动控制系统设计

在分析步进电机数学模型和细分原理基础上,对自适应控制技术在步进电机中的应用进行了研究,设计了以PIC16F877单片机和L6219驱动芯片为核心的控制与驱动单元,采用自适应细分控制算法的多轴运动控制系统,解决步进电机在低频运行时转矩脉动、细分切换引起速度突变和宽广范围内速度平滑控制问题。给出了控制系统的主要硬件电路以及软件设计方案和相应的流程图,最后在实际控制步进电机运行的基础上给出了步进电机运行时的细分控制电流的波形和电机绕组电流的波形。实验表明电流波形合理,步进电机宽广运行平滑且噪音低,性能良好。     

一种实用的步进电机细分驱动控制系统

以AT89C2051单片机为控制核心,结合数/模转换器NJU39612及双极性驱动器NJM3777,采用等步距角的细分控制策略,设计出一种新颖的步进电机恒流斩波细分驱动控制系统.当选用步距角为0.9°/1.8°的两相混合式步进电机,配导程为1 mm的精密滚珠丝杆时,系统可实现对步进电机单步微调位移为0.02/0.04 μm的控制精度.     

两相混合式步进电机的滑模伺服控制研究

为了提高步进电机控制系统的动静态性能与系统鲁棒性,将滑模变结构控制引入步进电机的伺服控制系统中,设计两相混合式步进电机八扇区SVPWM分配方式,并设计滑模控制器使系统控制性能得到明显改善。利用Matlab/Simulink将其与工业上常用的细分控制方式进行对比仿真验证,结果表明滑模变结构控制与工业上使用的细分控制方式相比,具有响应快、抗扰动强、转矩波动小等优点,由此说明了滑模控制在步进电机伺服控制系统中的优越性。     

微型永磁式爪极步进电机控制系统设计与实现

为实现对直径在5 mm左右的永磁式爪极步进电机的驱动控制。基于STM32F103C8T6主控芯片和TMC2660驱动芯片,设计了一套针对该电机的运动控制系统。控制芯片和驱动芯片之间利用SPI通信,实现对步进电机驱动电流、运动方向以及细分的设置。上位机基于CAN2.0通信协议完成对驱动器的参数修改配置,并且实现正反转、停车、定位以及回零等功能。利用S曲线控制算法,在细分的基础上对步进电机运动进行控制,实现电机的平滑启动与停止。经过实验验证该控制系统能够实现对微型爪极永磁式步进电机的运动控制,细分驱动可有效提升电机电流的正弦性。     

基于DSP的两相混合式步进电机细分控制

通过分析两相混合式步进电机的细分控制理论,实现基于DSP的两相混合式步进电机数字控制系统,该系统采用TMs320LF2407ADSP微控制器作为核心控制器件,结合电流、转速反馈电路等实现对两相混合式步进电机的数字控制。结果表明基于DSP的两相混合式步进电机数字控制系统能够提升电机性能,具有良好的发展潜力。     

基于交流步进的PMSLM位置控制系统

随着自动控制技术和计算机的高速发展,高速和超高速加工要求伺服装置具有极高的加、减速度,从而导致了直线交流伺服电动机驱动系统的产生和发展。以交流步进控制思想为理论基础,永磁同步直线电机(PMSLM)为控制对象,提出了动子离散电流定向控制策略,将连续的正弦行波磁场离散为步进磁场。通过控制电机动子电流实现对电磁推力的控制,从而使电机获得了精确的位置控制。仿真与实验结果表明,交流步进控制的PMSLM位置控制系统具有良好的动态特性和定位特性,并且控制简单、实时。     

空间照明双轴指向机构伺服控制器设计与实现

针对空间照明双轴指向机构伺服驱动需求,提出了长寿命、高可靠两相混合式步进电机伺服控制器方案。该控制器以高可靠MCU作为主控电路,利用LM555时基电路、比较器LM139以及数模转换器AD7228组成正弦细分斩波恒流驱动电路,通过集成H桥电路LMD18200实现对电机功率输出。为实现指向机构闭环控制,以基于旋转变压器的测角元件为采集对象,选用OSC-15801及AD2S80A作为励磁和角度采集电路实现指向机构角度测量。此控制方案具有转动机构低速控制平稳,无低频振荡现象,控制简单、可靠等特点,可满足长寿命、小体积的空间双轴低速指向机构控制。     

模糊自抗扰控制的双音圈电机同步伺服系统

在双音圈电机同步系统中,由于音圈电机独特的分体式结构,其中一个电机的外部干扰对另一个电机的耦合作用尤为明显。针对该问题,提出了一种基于交叉耦合控制器(CCC)和模糊自抗扰控制器(Fuzzy-ADRC)的位置同步控制方案。利用自抗扰控制器(ADRC)对音圈电机伺服系统中的扰动总和进行估计与补偿;为进一步提高系统鲁棒性,设计Fuzzy-ADRC实现ADRC的参数自适应调整。此外,设计CCC消除双电机同步过程中的耦合现象,实现双电机伺服同步控制。仿真结果表明,所设计的控制系统能够明显提高各电机跟踪精度和同步精度,控制效果良好。     

Speed tracking servo control system incorporatingtraveling-wave-type ultrasonic motor and feasible evaluations

A variety of ultrasonic motors (USMs) have attracted special interest as a new type of actuator in servo motion control systems. For practical applications, the speed servo control system incorporating the ultrasonic motor developed in Japan has some special unique features. However, this system has several significant problems, such as the inherent speed ripple characteristics, the speed regulation characteristics under the condition of applied disturbance load torque, and the speed tracking characteristics. In order to solve these practical problems, some control schemes of ultrasonic-actuated motor systems have been proposed and discussed theoretically, which include fuzzy reasoning control, adaptive control, repetitive learning control, and neural-network-based learning control. However, it is considered that these control strategies mentioned above have not been sufficiently substantiated from a feasible experimental point of view. This paper presents a newly proposed precise speed tracking servo control system using the compact traveling-wave-type ultrasonic motor. Its proposed control scheme is composed of both the driving frequency control loop with the variable-gain strategy and the applied voltage control loop with the speed ripple reduction strategy of the USM. The improved speed characteristics realized by this proposed control system are demonstrated and evaluated in experiments     

矩角控制的永磁同步电机的定位系统

在矩角控制的基础上，提出了永磁同步电动机的定位控制方案。在矩角控制过程中将连续的旋转磁场离散为步进磁场，通过控制电机定子电流实现对电磁转矩的控制。对给定的离散电流跟随采用电流滞环控制实现，并以三段速度运行曲线为例说明电机定位系统的设计，介绍了系统实现的硬件基础。实验结果表明，这种控制策略不但定位准确，而且控制简单、实时，实现时只需使用低成本的微处理器即可。     

矩角控制的永磁同步电机的定位系统

在矩角控制的基础上,提出了永磁同步电动机的定位控制方案.在矩角控制过程中将连续的旋转磁场离散为步进磁场,通过控制电机定子电流实现对电磁转矩的控制.对给定的离散电流跟随采用电流滞环控制实现,并以三段速度运行曲线为例说明电机定位系统的设计,介绍了系统实现的硬件基础.实验结果表明,这种控制策略不但定位准确,而且控制简单、实时,实现时只需使用低成本的微处理器即可.     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

自适应PSO-LADRC的永磁同步电机转速控制

为提升永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）伺服系统的动态响应与抗扰动能力,提出一种基于自适应粒子群（APSO）的双闭环线性自抗扰控制（APSO-LADRC）策略。首先,通过分析PMSM转速与电流运动模型,构建级联形式的转速环、电流环LADRC控制器;其次,针对PSO易陷于局部寻优的缺陷,引入进化速度与聚合度因子构造惯性权值自适应律,从而实现粒子群迭代过程中惯性权重的动态调整以获得更优的寻优效果;最后,选取ITAE指标作为优化目标与约束条件,并以此实现双闭环LADRC控制参数的自主寻优。开展的系列仿真结果均表明,该方法能够有效提升PMSM伺服系统的控制品质,并解决人工参数整定困难的问题。     

直线电机位置伺服系统的增强复合非线性控制

针对高性能机电系统中常用的直线伺服电机,设计了一个能实现快速与准确的定点运动的位置控制器。控制器采用线性控制律与平滑非线性控制律相结合的方案,并利用一个降阶线性状态观测器对电机运动速度(未量测)加以估计。为了消除未知扰动带来的稳态误差,控制律中嵌入了积分控制作用。整个控制律采用全参数化设计,可实现动态增益控制,方便了在线参数整定与性能优化。控制方案应用于一个实际的永磁直线电机位置伺服系统,基于TMS320F28335 DSC进行了试验测试,结果表明系统能对各目标位置进行准确的跟踪,且具有理想的瞬态性能。     

伺服系统在摩擦条件下的模拟复合正交神经网络控制

在数字复合正交神经网络的基础上提出一种模拟复合正交神经网络,并用于非线性伺服系统控制中.在带有非线性摩擦力矩的直流电机飞行模拟转台伺服系统中,控制系统是基于PD控制加神经网络前馈控制的并行控制方法,使用神经网络是用来消除非线性摩擦力矩的影响.通过数字复合正交神经网络的连续化算法处理获得了一种模拟复合正交神经网络,并作为前馈控制器.用并行控制与单一的PD控制对带有非线性摩擦力矩的直流电机伺服控制作了仿真研究.仿真结果表明复合控制比单一的PD控制具有实时性好、响应速度快、跟踪精度高,位置与速度跟踪控制获得了满意的效果.该模拟神经控制器能用于不确定对象的控制,为不确定系统控制提供了一种新的途径.     

双永磁同步电机系统非级联预测速度同步控制

针对传统双电机控制系统中,运动惯性以及响应不及时等影响速度同步精度和动态响应速度的问题,本文提出了一种双永磁同步电机系统非级联预测速度同步控制策略,将双电机系统看作一个多输入多输出系统进行统一建模,应用有限控制集模型预测控制设计一个紧凑的双电机系统控制器,并将速度同步误差、速度跟踪误差和电机运行性能同时引入模型预测控制的价值函数中,实现多变量的协同优化控制。此外,为满足实际用户需求,引入弱磁、电流限制两个前端模块实现对电压、电流的约束。最后通过仿真进行了转速阶跃信号跟踪、抗负载扰动等对比验证,结果证明所提出的非级联预测速度同步控制策略较传统交叉耦合控制策略能够更有效提升双永磁同步电机系统的转速同步控制性能     

Anti‐windup algorithm with priority to proportional control output of speed PI controller for precision servo system

A robust servo system is important for performance improvement of motion control systems in several industry applications. Generally, a high‐speed positioning servo system consists of robust control systems with integrator, such as PI controller. The industrial servo system always has the limitation for the capacity of the actuator and power amplifier. An ordinary industrial position servo system often has to deal with the saturation of motor current and motor speed. It is difficult for the high‐speed positioning servo system to keep the robust position control against the saturation of motor current and motor speed. This is the case because an ordinary position servo system has a complicated control structure with many control loops. Hence, it sometimes has a large overshoot and an oscillated response due to the limitation of motor current and motor speed. In order to overcome this problem, this paper proposes a new robust high‐speed positioning servo system considering the saturation of torque current and motor speed. The experimental results show that the proposed robust high‐speed positioning servo system has quick and stable position response for the saturation of motor current and motor speed. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 170(3): 57–64, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20904