步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制函數(shù)修正方法研究
張志利，黃先祥，劉春桐
(第二炮兵工程學(xué)院，陜西 西安 710025)
摘要：在步進(jìn)電機(jī)超高分辨率細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了確保微步矩角的均勻性，需要對(duì)固化在eprom中的細(xì)
分控制函數(shù)值進(jìn)行修正。本文設(shè)計(jì)了一種細(xì)分控制函數(shù)自動(dòng)修正系統(tǒng)方案，并提出了基于牛頓插值法的修正方法。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；細(xì)分；修正；牛頓插值法
中圖分類號(hào)：tm274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)05-0025-04
1 引 言
在a2060- 9212型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)16位超高分辨率細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了“電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)”的細(xì)分方法，從理論上保證了失調(diào)角和微步矩角的均勻性，但當(dāng)考慮到步進(jìn)電機(jī)的非線性和磁路飽和等因素的影響時(shí)，即使兩相繞組嚴(yán)格按照正、余弦規(guī)律通電，實(shí)測(cè)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移與理想值仍有一定的倔差，這樣就需要對(duì)繞組電流值進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)固化在eprom中的細(xì)分控制函數(shù)進(jìn)行修正。
2 步距的均勻性
a2060- 9212型步進(jìn)電機(jī)16位超高分辨率細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，是通過(guò)對(duì)電機(jī)a、b兩相繞組加上正弦電流來(lái)實(shí)現(xiàn)定子電流合成矢量的“恒幅、均勻”微步進(jìn)旋轉(zhuǎn)的。兩相繞組電流的數(shù)學(xué)模型表示為：
其微步矩角為：
細(xì)分控制函數(shù)發(fā)生器eprom中固化數(shù)據(jù)da.db可描述為：
式中方括號(hào)[]表示按“四舍五入”方式取整，a為eprom地址輸入。
對(duì)eprom進(jìn)行數(shù)據(jù)固化是通過(guò)燒碌器、在計(jì)算機(jī)編程控制下完成的。燒碌（固化）用數(shù)據(jù)采用c語(yǔ)言、按照式(3)所示數(shù)學(xué)模型編程獲得，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為2進(jìn)制，因此，其與理論控制函數(shù)的擬合程度是很高的，可以說(shuō)從理論上保證了定子電流合成矢量的幅值與空間位置的穩(wěn)定。
而實(shí)際情況是，氣隙磁場(chǎng)是定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁鋼通過(guò)走、轉(zhuǎn)子鐵心共同感應(yīng)的結(jié)果，要復(fù)雜得多。由于齒槽、鐵心材料、邊界條件等因素的存在會(huì)導(dǎo)致氣隙磁場(chǎng)偏離預(yù)期，這將使氣隙磁場(chǎng)不能跟隨電流合成矢量均勻旋轉(zhuǎn)，也就難以保持幅值恒定。而且，由于負(fù)載力矩也在隨時(shí)變化著（即使在空載狀態(tài)也因?yàn)檩S承等固定、安裝、聯(lián)接的部件而存在一定的摩擦力矩），因此電機(jī)的失調(diào)角也隨之變化，這在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中是無(wú)法糾正的。因此，諸多因素的影響使得轉(zhuǎn)子的位置在一定范圍內(nèi)是不確定的，即轉(zhuǎn)子在一定程度上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻旋轉(zhuǎn)的。
圖．1所示為a206_0- 9212型步進(jìn)電機(jī)16位超高分辨率細(xì)分下微步距角測(cè)試結(jié)果變化曲線。由圖中可以直觀地看出微步距角并不均勻，而。是呈周期性波動(dòng)的，即每整步(0.9。)一小循環(huán)，每齒距(3.6。)
試驗(yàn)測(cè)定也是零，轉(zhuǎn)子的微步進(jìn)是不均勻的，呈現(xiàn)出明顯的周期性波動(dòng)。磁場(chǎng)的邊界條件按齒槽情況呈周期性重復(fù)是導(dǎo)致微步距角周期性變化的根本原因，同時(shí)，不可避免的摩擦負(fù)載(摩擦力矩是不恒定的，或者說(shuō)在一定范圍內(nèi)也是不確定的）以及其它負(fù)載力矩的波動(dòng)導(dǎo)致失調(diào)角出現(xiàn)不規(guī)則的小變動(dòng)或小跳躍，也使微步距角曲線在周期性波動(dòng)上出現(xiàn)不光滑的小鋸齒形。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)微步驅(qū)動(dòng)與混合式相似，但其不均勻性要嚴(yán)重一些。
3微步距角不均勻?qū)﹂_(kāi)環(huán)控制精度的影響
微步距角的不均勻性，以及失調(diào)角隨負(fù)載變化極 |
