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步进电机速度控制及细分驱动的数学模型建立-开题报告-文献综述-参考文献

Ktbg6101 步进电机速度控制及细分驱动的数学模型建立-开题报告-文献综述-参考文献随着现代控制技术的发展，歩进电机越来越多的领域中得到了应用。步进电机又称为脉冲电机，从广义上讲，它是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制频率同步的同步电动机[1][2]。其原始模型是起源�..

步进电机速度控制及细分驱动的数学模型建立-开题报告-文献综述-参考文献 Ktbg6101 步进电机速度控制及细分驱动的数学模型建立-开题报告-文献综述-参考文献

随着现代控制技术的发展，歩进电机越来越多的领域中得到了应用。步进电机又称为脉冲电机，从广义上讲，它是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制频率同步的同步电动机[1][2]。其原始模型是起源于1830年至1860年间[3]。1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为是最初的步进电机[4]。二十世纪初，在电话自动交换机中广泛使用了步进电机[5]。由于西方资本主义列强争夺殖民地，步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电机的控制方式更加灵活多样 [6] [7]。

我国的步进电机在二十世纪七十年代初开始起步，七十年代中期至八十年代中期为成品发展阶段，新品种和高性能电机不断开发，并应用到实际中。自80年代至今，由于对步进电动机的精确建模做了大量的研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品渐渐涌现，如三相、九相混合式步进电动机以及具有中国专利的升降型混合步进电机驱动器[8]。目前，步进电机作为应用最为广泛的一种执行元件，具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点[9][10]，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机是纯粹的数字控制电机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机转动一个角度，其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率有着严格的比例关系[11]。与一般连续旋转的电机不同的是，步进电机的总位移量等于输入的指令脉冲数。开环控制是控制步进电机最简单的控制方式。在开环控制方式中，步进电机的输入脉冲并不依赖于转子的位置，而是按照设定的规律发出电机控制脉冲，步进电机则依靠这一系列既定的控制脉冲而工作。它的特点是：控制较为简单、比较容易实现，价格便宜，而且系统中负载的位置对电机控制回路没有反馈，但这种控制方式也有如下的缺点：精度不高，有时还会有失步、振荡等现象[12]。由于步进电机开环控制系统有精度不高、丢步等缺点，从而在精度要求较高的场合采用步进电机闭环控制。在这种控制方式中，直接或是间接地检测出电机转子（或负载）的位置或速度，再将相关信息反馈到控制器，并进行适当的处理，从而自动地计算出驱动步进电机到理论位置所需的脉冲数量。该驱动脉冲是根据反馈回来的电机转子或负载的位置或速度信号而不断调整与变化的。步进电机闭环控制方式从根本上解决了步进电机震荡和失步问题，实现了对其绕组电流的有效控制，提高了步进电机的运行效率，扩展了步进电动机运动控制系统的应用领域。但此技术并不成熟，且无太大突破并没被广泛使用。

细分驱动技术在一定程度上有效地克服了这些缺点。步进电机细分驱动技术是70年代中期发展起来的一种可以显著改善步进电机综合使用性能的驱动技术。1975年美国学者Fredriksen首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出步进电机步距角细分的控制方法[13]。在其后的二十多年里，步进电机细分驱动得到了很大的发展。逐步发展到上世纪九十年代完全成熟的。我国对细分驱动技术的研究，起步时间与国外相差无几。

在九十年代中期的到了较大的发展。主要应用在工业、航天、机器人、精密测量等领域，如跟踪卫星用光电经纬仪、军用仪器、通讯和雷达等设备，细分驱动技术的广泛应用，使得电机的相数不受步距角的限制，为产品设计带来了方便。目前在步进电机的细分驱动技术上，采用斩波恒流驱动，仪脉冲宽度调制驱动、电流矢量恒幅、均匀旋转驱动控制，大大提高步进电机运行运转精度，使步进电机在中、小功率应用领域向高速且精密化的方向发展[14]。

随着计算机技术的发展，特别是单片机的出现，开创了步进电机细分驱动技术的新局面。用单片机控制的步进电机细分驱动电路不仅减小控制系统的体积、简化电路、同时还提高了细分精度和控制系统的智能化，从而使细分驱动以明显的提高电机的输出转矩，尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40%[15]。在实现细分驱动后，由于减小了步距角，提高了步距的均匀度，相应的提高了电机的分辨率，使其更能满足精确控制的需要。

步进电机的精确控制方面的研究是一个热点课题，在步进电机控制研究的两个方面：加减速过程控制和细分驱动技术上，取得了大量的研究成果，提出了种种技术理论和实现方案，但都存在有一定的局限性，一个灵活的，适应性强的速度控制方法和可行方案还是有很大的研究空间的。本文正是基于上述理论基础，对步进电机在速度控制方面的主要方法及其存在的问题进行了研究，并对其方法改进的措施及数学模型的建立进行了探讨。

二、^范文提纲

（一）步进电机概述

步进电机的概念

步进电机的种类和特点

步进电机的基本结构和工作原理

（二）步进电机的速度控制

速度控制的必要性

速度控制的关键技术

速度控制的函数建立

速度控制的运行规律

（三）步进电机速度控制的主要方法及问题

速度控制的主要方法

速度控制的主要问题

（四）步进电机速度控制的方法改进

速度控制函数的建立

细分驱动数学模型的建立

（五）结论与展望

结论

展望

三、主要参考文献

史敬灼、王宗培：《步进电动机驱动控制技术的发展》．微特电机．2007年第7期．50-54；

Zhang, Y., Zhao, Z., Guo, W. & Sun, X. High Performance Position Control System Based On SR-PM Motor. Tsinghua Science & Technology, 2007, 12(5), 614-619；

高秀珍、姚瞬才、王建萍、杨晓敏：《电机及其控制系统实验》．北京国防工业出版社，2005年；

刘宝廷、程树康：《步进电机及其驱动控制系统.》．哈尔滨工业大学出版社，1997年；

Robinson, D. J. & Taft, C. K. A Dynamic Analysis of Magnetic Stepping Motors. Industrial Electronics and Control Instrumentation, IEEE Transactions on, 1969(2),111-125；

Xu, D. & Jiang, Y. A Method and Implementation of Fully Digitized Continuous Microstep for Step Motor. IEEE, 1997TC2/9.1-TC2/9.3；

王宗培：《步进电动机的发展及建议》．微电机(伺服技术)，2004年第4期.47-49+40；

孙冠群：《控制电机与特种电机及其控制系统》．北京大学出版社，2011；

江华生：《基于 PLC 的步进电机控制技术》．自动化技术与应用．2006年第10期．54-56；

王党利：《基于 TB6560 的步进电机驱动电路设计》．单片机与嵌入式系统应用．2010年第1期．41-43；

张芊：《一种新型的步进电机闭环控制方式》．四川兵工学报．2009年第6期．21-23；

雷凯：《步进电机细分驱动技术的研究》．苏州大学硕士^范文，2003年；

史敬灼：《步进电动机伺服控制技术》．科学出版社，2006年；

Tieluo L. DSP-based Microstep Controller of Stepper Motor. Intelligent Control and Automation, 2004（05）,4441-4445；

于少娟：《电机控制技术实践》．中国电力出版社，2009年。

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