步進電機系統不同參數對振動特性的影響(3)
王宗培 孫寶奎（哈爾濱工業大學150001）
程 智 陳永校（浙江大學）
摘 要 本文是全文的第三部分，介紹負載參數對振動特性的影響。
敘 詞 步進電動機振動特性負載參數
1粘滯（阻尼）系數的影響
與電動機的角速度成正比變化的負載轉矩稱為粘滯摩擦負載，沒有外加的粘滯摩擦負載時，電動機本身不是一個理想的機械系統，存在著不大的阻力轉矩，其中包含小的庫侖摩擦轉矩及小的粘滯摩擦負載轉矩。電動機的運動方程式為：
要說明的是混合式步進電動機本身的摩擦負載轉矩，不是真正的純機械負載轉矩，實際上主要是鐵損耗引起的。由轉子轉動在齒層和定子極身內引超的鐵心損耗，需要由電磁功率提供，表現出的鐵心損耗轉矩，要由電磁轉矩負擔。其中磁滯損耗對應的轉矩，具有類似庫侖摩擦轉矩的特性；渦流損耗的轉矩則具有粘滯摩擦轉矩的特性。
在研究振動特性時，阻尼系數是一個很重要的參數，阻尼系數為零或負的系統肯定是不穩定的，圖1是電動機空載、本身的阻尼系數不同的情況下振動特性的仿真曲線。可以看出，阻尼系數增大時，低頻和中頻振蕩的振幅有所下降，但變化不是十分顯著，對高頻不穩定區則產生明顯的影響。阻尼系數減小時，高頻不穩定區角速度振蕩的振幅增大，在一定條件下會失步不能運行；阻尼系數增大，角速度振蕩的振幅減小并趨于穩定。加機械阻尼器能改善高頻運行的平穩性及提高運行頻域的原因就在于此。
應當指出，電磁轉矩中的異步轉矩分量，與角速度成一定的比例關系，即阻尼轉矩的特性，稱為電磁阻尼轉矩。在運動過程中起阻尼的作用，但是不包括在上述的p之中，它包括在式(1)右端項內。電磁阻尼轉矩隨角速度增大而上升時為正，隨角速度上升而下降時為負，當它為負值且****值達到或超過機械阻尼轉矩的值時，整個系統便成為零阻尼或負阻尼，出現不穩定現象。如果人為增大機械阻尼系數，則系統又可回復穩定。仿真所得的結果恰好符合這樣的原理性分析。
2摩擦負載的影響
圖2示一系列不同大小的摩擦性負載時振動特性的仿真曲線。可以看出摩擦性負載對低頻振蕩的抑制作用很明顯。低頻諧振時，電動機的角速度一般在正負之間波動，摩擦性負載在角速度改變方向時負載轉矩的方向也改變，因而提供了很強的阻尼作用，所以只要略加負載，角速度的波動都得到了有效的抑制。
對于中頻段的振蕩，摩擦負載也有較明顯的抑制作用。曲線表明，當負載繼續增大到tl=0.6nm時，中頻段的振蕩也得到了很好的抑制。此后再進一步增大負載時，對中、低頻段的振動特性影響不明顯，圖3表示fcp=800脈沖／s、tl=o和tl=0.6nm時電壓、電流和角速度等的仿真波形，可以清楚地看出加載后的電流波形、轉矩波形和角速度波形的變化。
對高頻不穩定性的影響。負載較小時，高頻不穩定區及角速度振蕩的振幅都沒有明顯的變化，負載進一步增大時，高頻不穩定性加劇，不穩定區向低頻區移動。
3慣性負載的影響
轉動慣量的變化主要影響電機的自然頻率，自然頻率與轉動慣量的平方根的倒數成正比，而低頻共振是控制脈沖關于自然頻率的諧振，因此增大轉動憤量將有助于抑制低頻振蕩。
慣性負載抑制振蕩，平滑運動的作用還可以作如下解釋。轉子的運動方程重寫如下：
當用轉子電角速度來表示時，上式可寫
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