试析步进电机细分驱动及微步距角测量修正系统的研究

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1、河北农业大学硕士学位论文步进电机细分驱动及微步距角测量修正系统的研究姓名：于万海申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：孙维连;孙耀杰2002.6.1摘要《一协进电机又称脉冲电机由于不需要位置传感器或速度传感器可以在开环状态定位或同步运行，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因而在众多的领域得到广泛的应用。随着电子技术、控制技术和新磁材料的发展和步进电机理论和工艺的日臻完善，步进电机的应用技术也越来越成熟。细分驱动技术是一种有效改善步进电机低频特性和提高步进精度的驱动技术。广泛应用于对工况要

2、求较高的场合，尤其在一些要求高精度q／低噪音、低振动的数控应用中，细分驱动成为步进电机驱动的首选驱动技术√本文以三相反应式步进电机为实例，对细分驱动原理、细分驱动的非线性、变细分调速以及相关影响因素进行系统的研究：实现细分驱动器、调速控制、定位控制和软硬接口的设计。在此基础上，本文对细分驱动环形分配器的设计和微步距测量修正进行了创新：提出将PLD器件和ISP技术引入到细分驱动环形分配器的设计思想和错位测量和逼近修正法。f采用PLD器件和ISP技术开发步进电机细分驱动系统的数字环形分配器，通过、ABE

3、L．HDL语言编程实现硬件软化设计和逻辑重构；可对细分驱动绕组电流在系统重复修正，避免了存储器的反复拔插。错位测量与逼近修正方法结合细分驱动的有限级离散化电流控制方式，将测量与修正有效融合的一种专用性很强的面向步进电机细分驱动的新方法，以低分辨率圆光栅替代高分辨率圆光栅，大大降低测量硬件成本。实现多重细分和变细分调速，提高了细分驱动的灵活性和可选择性；根据整步位移无控制误差，将点位行程拆分为整步位移部分和满足定位精度的微步距位移部分，分别以不同的细分数运行同时满足点位控制的速度与精度要求。从步进频率

4、和阶梯波频率两个方面对细分驱动系统的调速域值进行了分析，得出调速域值受两方面综合影响，而且最终结果取两者中域值范围较小者V』关键词：步进电机细分驱动微步距的测量与修正PLD器件ISP技术独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果．据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外。论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得i目i§盔兰兰至或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料．与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表

5、示谢意．学位论文作者签名：亍巧；扬签字日期：，。。2年5月7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解朗±E盏兰圭i有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅．本人授权臼≥￡垒生玉i可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文．(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：亍百i扫导师签名：翻，签字日期：加功年g月7日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：签

6、字日期谤成年占月7日电话：邮编：0i*#r．iI、{，j，；}L■，rI，●l，；。，r；慧辽中步进电机细分驱动及微步距角测量修正系统的研究1引言“步进电机(Stepmotor)又称脉冲电机或阶跃电机，是一种根据输入的电脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定角度(或长度)，若不改变励磁状态则保持一定位置而静止的电机。在庞大的电动机家族中，尽管步进电机仅仅是一个很小的机种，但它占有不可替代的位置。因为具有很多不可替代的特点：(1)具有一定的开环控制精度，系统简单廉价，步距误差不长期积累。(2)无刷，电

7、机本体部件少，可靠性高。(3)易于启动、停止、正反转及变速、响应性也好，停止时可自锁。(4)步距角选择范围大，同时用一台控制器控制几台步进电机可使它们完全同步。(5)与计算机接口方便。基于以上性能优点，步进电机较早成为了典型的机电一体化元件组件。随着电子技术、控制技术以及电机本体的发展和变化，步进电机在众多领域获得更广泛的应用。步进电机按结构特点可分为：反应式步进电机(VariableReluctance)、永磁式步进电机(PermanentMagnet)、混合式步进电机(Hybrid)。反应式步进

8、电机的工作原理与磁阻式同步电动机一样，也是利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的磁阻转距而转动的。永磁式步进电机的工作原理是转子上的永磁体建立的磁场，与定子绕组电流建立的磁场相互作用而产生电磁转距。混合式步进电机既有磁阻式步进电机基于气隙磁导变化的特征，又有轴向恒定磁场的永磁式步进电机的特征，兼具两类步进电机的特点。自本世纪中叶，步进电机的应用渗透到数字控制的各个领域，尤其在Nc(数控)机械中广泛利用起开环控制的特点。近十几年来，步进电机在oA机器(OfficeA