混合式步进电机稳态运行时瞬时转矩的研究

利用混合式步进电机齿层比磁层动态仿真模型对一台五相混合式步进电机的瞬时转矩进行了仿真计算，分析了不同负载情况下时转矩的变化规律，以及系统磁场府能的变化对瞬时转矩的影响。     

五相混合式步进电机稳态仿真分析时初始条件的确定

本文通过讨论文献［１］中提出的五相混合式步进电机满足的状态方程的零解的渐近稳定性，证明了文献［１］中确定方程初始条件的迭代方法的收敛性，并提出了更有效的方法。提出的方法可应用于其他类型的电机的仿真分析。本文是步进电机齿层比磁导动态分析理论的第三部分。     

混合式步进电机稳态运行时齿层磁导波的研究

利用混合式步进电机的非线性稳态仿真程序计算出电机稳态运行时齿层磁导的波形，分析了电机磁路饱和效应对齿层磁导的影响，讨论了齿怪磁导波与步进电机同步转矩之间的关系，并从改善齿层磁导波的角度研究了步进电机齿层参数的合理取值问题。     

五相混合式步进电动机的机辅计算

本文以齿层比磁导法建立五相混合式步进电动机的非线性磁网络模型,并给出计算该类电机基本参数、性能的计算方法和计算机程序。利用该程序计算了某一五相混合式步进电动机的矩角特性、旋转感应电压和绕组电感;与实测结果的比较表明,计算值有较高的精度。本文的工作是步进电动机CAD的一部分,所有计算程序都是在个人微型计算机上实现,程序有效而实用。     

步进电机新型场路结合分析方法——齿层计算转矩法

齿层比磁导法是目前步进电机电磁转矩的主要计算方法,提出了一种新型电磁转矩分析计算方法—齿层计算转矩法。首先给出步进电机齿层计算转矩的概念,同时在理论上证明了采用齿层计算转矩法计算步进电机电磁转矩的正确性,然后给出了齿层计算转矩法用于步进电机电磁转矩及其他性能分析计算的步骤,最后针对磁阻式步进电机和混合式步进电机,分别采用齿层比磁导法、齿层计算转矩法和电磁场有限元法进行对比研究。结果表明,齿层计算转矩法与现在通用的齿层比磁导法相比具有简单实用、计算精度高的特点。     

基于定子永磁拓扑的混合式步进电机二维等效模型构建方法

齿层比磁导法和三维有限元法是目前分析混合式步进电机的主要方法。然而,齿层比磁导法难以考虑铁心叠片间绝缘层磁阻对永磁磁场轴向非均匀分布的影响、计算精度较差,三维有限元法计算过程复杂、耗时较长,为此提出一种基于定子永磁拓扑的二维等效模型构建方法及其二维有限元分析。该方法通过电机结构等效变换和轴向分段将混合式步进电机转子永磁三维模型等效变换为定子永磁二维模型,并采用对三维模型、二维模型分别进行一次空载有限元静态仿真的方法确定二维等效模型参数,能够考虑永磁磁场轴向非均匀分布的特性,具有模型建立简便、计算精度高、耗时少的优点。通过三维有限元仿真验证了该方法的可行性和准确性。     

五相混合式步进电动机的设计

五相混合式步进电动机具有优异的运行性能,研究该电机的设计具有重要意义,本文采用较精确的数学模型及计算方法,对五相混合式步进电动机的转子齿数、齿层尺寸、铁芯长度宽、极身度、定子轭部高度及励磁绕组安匝数等参数进行了比较全面、系统和深入的研究,给出了这些参数合理取值,为五相混合式步进电动机的最优设计奠定了基础。     

基于齿层比磁导法的混合式步进电动机归一化设计

采用齿层比磁导法,建立了混合式步进电动机的等效非线性磁网络模型.根据磁网络的特点,提出了一种归一化的方法,利用“重复单元”对磁网络中的节点进行规范化编号,建立了通用的节点磁位方程组,使其对任意极数和相数的电机都适用.然后使用VC++ 6.0,编写通用的混合式步进电动机计算机仿真设计程序,并对5个机座号样机的保持转矩的仿真设计值和测试值进行了对比分析,验证了该方法的计算精确性、快速性和工程实用性.     

基于模型变换的混合式步进电机静态特性仿真分析方法

混合式步进电动机磁场分布主要有3个特点:内部径向磁场和轴向磁场并存,磁路呈三维分布;磁路局部饱和现象严重,导致电机特性呈现非线性特性;气隙以及邻近部位磁场变化剧烈。采用有限元算法进行计算时,需要建立电机的三维模型,剖分网格要足够精细,尤其是电机气隙以及齿层部位的剖分网格须特别精细,导致电机模型的剖分文件过大,容易发生计算机内存溢出,也延长了计算时间。因此,常规的三维有限元计算方法对混合式步进电动机不甚适用。另一方面,气隙比磁导法和齿槽比磁导法等基于磁路计算的工程方法运算速度快,但精度偏低,尤其是在磁路发生严重饱和的情况下。因此,有必要在保证计算精度的前提下,采用必要的简化措施对混合式步进电动机进行分析。该文以一台两相混合式步进电机为例,提出通过模型等效变换的方法来获得二维等效模型,通过二维有限元软件对其静态特性进行计算,并将计算结果进行后处理(即模型反变换),实现原电机的性能仿真。仿真结果与实测结果基本一致,证明了基于模型变换的仿真分析方法的可行性与准确性。     

定子永磁和转子永磁混合式步进电机性能比较研究

定子永磁型混合式步进电机(stator-permanent-magnet hybrid stepping motor,SHSM)是一种新型结构的混合式步进电机,其运行原理与普通转子永磁型混合式步进电机相同,但转子结构更为简单、转子机械强度更高、转矩及功率密度更大、永磁体散热更容易、设计分析计算更为方便。为合理评估两种结构混合式步进电机性能,该文从永磁气隙磁密、最佳铁心迭长、永磁转矩、定位转矩及转矩脉动、永磁磁链及空载反电动势、永磁体漏磁及利用率、定子轭部磁通密度等方面对两种电机进行综合分析比较。试制一台功率为240W的2相8极50齿SHSM样机,通过实验验证其工作原理的实际可行性。基于SHSM样机参数,构建两种电机的有限元仿真模型并进行有限元分析比较。有限元和实验结果验证了理论分析的正确性,为新型SHSM的进一步推广应用奠定一定理论基础。     

混合式步进电机稳态运行的同步仿真分析

本文提出一种将混合式步进电动机当作隐极式同步电机来分析的方法。由实验测出电机的同步电感、旋转电势系数等，然后列出电机绕组满足的状态方程，根据对称性确定相电流的初始值，最后解出电机的相电流和牵出矩频特性。文中给出了仿真计算的实例，并进行了实验校合，证明所提方法的正确性。     

二相混合式步进电机SPWM细分驱动器的FPGA设计

设计了基于SWM的二相混合式步进电机细分驱动器,采用现场可编程逻辑门列阵(FPGA)来实现步进电机的细分控制。采用电流矢量恒幅均匀旋转细分法来实现步进电机恒转矩细分,并利用脉宽调制(PWM)技术来控制步进电机励磁电流。测试表明,该细分驱动器工作稳定,有效克服了二相混合式步进电机的低频振动和高频失步等缺点,提高了步进电机运行性能,有较好的实用价值。     

混合式步进电动机的谐波反电势闭环控制方法研究

利用气隙比磁导法建立了混合式步进电动机的磁网络模型,推导出谐波反电势的表达式。提出了一种利用谐波反电势信号实现电机转子位置检测的新方法,设计了与电机一体化的新型位置传感器。在此基础上研究了利用谐波反电势信号实现混合式步进电动机闭环控制的方法,设计了步进电动机的微机控制系统。给出了开、闭环运行的实验结果对比,证明了利用谐波反电势实现混合式步进电动机闭环控制的可行性。     

二相混合式步进电动机矢量控制伺服系统

推导了二相混合式步进电动机基于磁网络的数学模型,给出了其矢量控制位置伺服系统的结构及仿真结果。同时说明了混合式步进电动机与永磁凸极同步电动机在作用机理上的相似性,指出混合式步进电动机伺服系统可参考凸极永磁同步电动机的控制策略来研究、设计。     

A DC-Type Hybrid Step Motor for Large Power Applications

The design, construction, and operation of experimental models of a dc-type hybrid step motor are discussed. This form of hybrid motor consists of a variable-reluctance step motor, the rotor of which is appropriately wound as a multipole dc motor. A computer-aided design procedure is discussed that is used to obtain the optimum parameters of the dc portion of the hybrid motor. The results obtained with two experimental models of this type of hybrid motor are presented. Both prototypes show a marked improvement in the running torque characteristics due to the dc windings. Torque-speed curves indicate load torques of 400 oz-in available at speeds up to several thousand revolutions per minute with one of the proto-types. This type of hybrid motor may be controlled in one of three different ways: a pure step motor, a pure dc motor, or a dc-aided step motor. The relative advantages, disadvantages, and application of each control mode are discussed. Several control strategies-open and closed loop-are presented for speed control as well as point-to-point type control of position. The practical feedback feasibility of this concept for high-power applications in the integral horsepower range is discussed.     

基于DSP的混合式步进电机直接转矩控制研究

建立了混合式步进电机的数学模型,分析了其转矩产生机理。将交流电机直接转矩控制理论引入到步进电机的控制中,分析了定子电压空间矢量对电机磁链和转矩的影响,推证了最佳开关逻辑选择表。以TMS320F240芯片为核心处理器,构成了混合式步进电机的数字化控制系统。速度控制实验结果验证了该方案的可行性。     

异步电机效率优化控制及动态响应研究

针对异步电机效率优化问题,在黄金分割法和模糊搜索控制法的基础上,提出了一种新型混合控制方法。该方法在模糊控制中设计了合理的比例因子和隶属度函数,保证了在初始阶段搜索步长,根据电机工况进行在线调整,减小了电磁转矩的波动。在优化的后半段中接入黄金分割法,有效解决了模糊控制在最优点附近振荡和收敛速度慢的问题,保证了系统的稳定性。同时针对弱磁情况,给出了一种动态电流分配策略以提高系统动态响应速度。仿真结果验证了新型混合搜索法和动态电流分配法的有效性。     

用谐波反电势实现混合式步进电动机闭环控制

研究了利用谐波反电势信号实现混合式步进电动机闭环控制的方法。分析了谐波反电势信号的构成,设计了相应的位置信号检测电路及步进电动机的微机控制系统。在此基础上通过控制超前角改善电机的运行性能。     

无轴承永磁同步电机转子径向位移估算策略

无轴承永磁同步电机实现平稳悬浮的关键是对转子径向位置偏移量进行闭环控制。通常无轴承永磁同步电机高性能悬浮运行时都依赖于位移传感器,但由此破坏了电机结构的坚固性、阻碍了电机的低成本实用化等,需要新的位移估算策略替代传统的机械位移传感器。通过建立无轴承永磁同步电机悬浮、转矩两套绕组的磁链、电压和电流状态方程,构建最小二乘法电机转子位移估算模型,进一步提出基于普通最小二乘法和遗忘因子最小二乘法的混合加权最小二乘法估算策略。通过采样电机两套绕组电压和电流,应用混合加权最小二乘算法对转子位移进行在线辨识。仿真及实验证实该方法能实现无传感器工况下电机转子位移的有效估算,电机悬浮和转动系统性能较好。     

基于实测数据跳变及稳态点的负荷模型参数快速辨识方法

传统总体测辨法存在暂态仿真计算量大、辨识所需时间长等问题,无法满足负荷特性记录装置在线实时辨识负荷模型参数的需求,为此,提出一种基于实测数据跳变及稳态点的负荷模型参数辨识方法。选取实测数据电压突变后1点、电压恢复前后2点以及最终稳态点作为计算点;根据感应电动机三阶微分方程,采用稳态计算法和大步长隐式梯形法计算4点的状态变量,进而得到4点的有功和无功功率;根据4点的实测功率,采用遗传粒子群混合优化算法对负荷模型重点参数进行寻优辨识。算例结果表明,所提方法辨识结果准确,所需计算量小,其计算时间不到传统总体测辨法的1/10。