两相混合式步进电动机闭环控制的研究I一两相混合式步进电动机闭环控制的研究塑，堡垦王宗培T856(暗尔滨工业大学,啥尔滨J50001)'RescarcbofClosed---loopContro1ofTwoPhaseHybridSteppingMotorGUIXian—guo.XUDian—guo,WANGZong—pei(HarbinlnstituteofTechnology,Harbin150001,China)摘要：提出了一种利用步进电机磁阻变化实现转子位置检测的新方珪•在此某础上设计了两相混台式步进电动机微机闭环控制系统.通过调节超前角实现了对电机转实验证明了这种闭环控制方法的可行性.速的控制，关键词t位置检测闭环控制超前角中圉分类号:TM383文献标识码:A1帅4—z7018(2000)030018—03Abstract:hthispaper-anewiiiethodofrotorpositiondetectionbythevariationofsteppingmotorpermeanceisproposed.Onthisbase,acontrolsystemfortwophaseby-brldsteppingmotorisdesigned.Theclosed—loopcontrolofspeedisrealizedbyregalat[ngtheleadangle-1hefeasi-bi1ityofthisclosed--1oopcontro1methodisprovedbytheexperiment.Keywords:positiondctectiondosed—loopcontro]1cadaDgle1简介生进电动机是一种将电咏冲信号转换成角位移或线位移的执行元件，适合于用微机数字控制.在开环模式控制下，步进电动机的性能常常受到眼制.采用位置反馈构成闭环控制，可以提高步进电动机的运行性能.传统的步进电动机闭环控制采用光电码盘作位置反馈，它的缺点是增加了系统的体积和成本为此有必要寻求一种更为经济的获取位置信号的方法步进电动机的磁阻变化反映了步进电动机的位置，若能解析出磁阻变化的基波，即可获得转子的位置•本文以此为基础，设计了两札I混台式步进电动机的微机闭环控制系统，并对该方法进行了实验验证.收璃甘期:1999—09—182新型位置传感器的设计与原理分析步进电机电磁转矩的产生是基于气隙磁导的变化,设一个定子磁极下的气隙磁导为,一个齿距范围内单位铁心长度的气隙磁导称为气隙比磁导，用G来表示，其经验值可用磁场数值方法求出，则A=lz.G(l)其中：一气隙计算长度，近似等于铁心长度；z.一定子每极齿数.显然，气隙比磁导是转子位置角的周期函数，用博氏级数形式表示如下：G—GO+GleosO,+G2cos2+・・・+G~cosiO,+〃(2)式中・G—气隙比磁导i次谐波分量；z—转子齿数；=Z0定子转子齿中心线间夹角.出此可见,气隙比磁导的某波分量包含了连续的转子位置信息，以四相混合式步进电机为蒯，电机主绕组利检测绕组分布如图1所示电机转子为圉1电机及传感器结构分布图三段式结构，定子为八极且定子主极在转子分段处开槽以便安装检测绕组,A,c和B,D分绕在相应转子不同段的定子主极上以消除互感影响，同段的A和c空间上相差9o.,B和D亦是如此,每个检微特电机2000年第3期测绕组在对极上的两个线圈反串连接，消除反电势对检测信号的影响.忽略三次以上谐波，检测绕组的气隙磁导可表示为：A(A)二A0+Alcos0~+A2cos20,+A3cos30,1"(口)—Ao—AlsinO—A2C0S2以+A3sin30IA(do—A1C0S以+A2C0S20,A3~os30,{(D)—+AlslnO,A2cos20,A3sin3~J(3)由式(3),(6)同以看出(A)-(c)和(B)A(D)中两路正交的基波信号为主要成分.利用串联谐振技术设计出检测绕组的连接方式如图2所示圉2检测绕组连接方式设载波信号为：〃一Uslna.~(4)X—2K1?.A(5)式中：？一一相检测绕组匝数,?-50匝；一一相检测绕组磁导；工一一相检测绕组电感，为108,1.21mH;L:Nh.选取谐撮电容为0.IvF,为使整个回路在任何时候呈感性，谐振频率调整为18kHz.由于A》，则?4nifNAlu/k?c0s;nz，l?—4KjfNA]U/R?sin0,sinejtj式中：R—RO+RLA+RLB+RLc+RLD,R.,励磁电源输岀阻抗；A,C两相检测绕组输出波形；B,D两相检测绕组输出波形.图3为和敏解调电路原理框图，正眩波发生器频率调整在传感器由精密函数发生器8038构成，线匿电感和电容C串联谐振频率上，这时传惑器输岀波形幅值最人，有效地降低干扰的影响，由式（9）仃0）可见,，，的相血超前于激磁信号〃9o.,相敏解调的参考信号须经有源移相器超前移相9o.以免产生相位失真.相敏电路由模拟开关DG201构成,低通媳波器滤掉解调后包络信号屮的高频信号•用图3相敏解调再经低通滤波器，可两相混合式步进电动机闭环控制的研究解调出...