三相混合式步进电动机系统的研究

论文摘要

步进电动机系统是由步进电动机及其驱动器构成的。步进电动机与它的驱动器是不可分割的一个整体,系统的运行品质除与电动机自身的性能有关外,在很大程度上取决于驱动器的优劣,因此对驱动技术的研究与对电动机本体的研究同样重要。近二十年来,电力电子技术、微电子技术和微处理器技术的飞速发展,极大地推动了步进电动机驱动技术的进步。二相、三相和五相混合式步进电动机是步进电动机的主要产品,在各领域获得了广泛的应用。随着驱动技术的发展,三相混合式步进电动机通常兼有二相和五相混合式步进电动机优良的性能,如三相混合式步进电动机兼有二相和五相混合式步进电动机的分辨率。三相混合式步进电动机可以同时适合原有二相和五相电动机的应用场合,三相混合式步进电动机有可能独揽天下,成为步进电动机的主流产品。近年来,对三相混合式步进电动机及其驱动技术的研究一直深受重视。主要完成的工作包括几个方面:详细分析了三相混合式步进电动机及其微步驱动系统原理及特性;建立了包括电机、功率驱动与电流控制等模块在内的微步驱动系统方程;基于MATLAB/Simulink建立了完整的微步驱动系统动、静态数字仿真模型,仿真了不同细分数时的系统工作状态。基于固定开关频率型正弦电流跟踪PWM技术,采用软硬件结合的方式,研制了基于Microchip公司PIC16F873单片机的三相混合式步进电动机微步驱动系统,采用汇编语言完成了控制软件的编写及调试,验证了数字仿真系统及硬件控制平台的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 步进电动机及其发展
• 1.3 步进电动机的驱动
• 1.3.1 步进电动机驱动器
• 1.3.2 混合式步进电动机驱动器研究应用的现状
• 1.3.3 混合式步进电动机驱动单元的发展趋势
• 1.4 课题的主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 混合式步进电动机及其驱动技术
• 2.1 引言
• 2.2 混合式步进电动机
• 2.2.1 结构
• 2.2.2 三相混合式步进电动机的工作原理
• 2.2.3 三相混合式步进电动机的传统的供电方式
• 2.2.4 三相混合式步进电动机的绕组联接方式
• 2.3 三相混合式步进电动机的驱动技术
• 2.3.1 调频调压驱动
• 2.3.2 斩波恒流驱动
• 2.3.3 双绕组控制
• 2.3.4 细分控制
• 2.4 本章小结
• 第三章 三相混合式步进电动机微步进驱动原理
• 3.1 三相混合式步进电动机的线性解析
• 3.1.1 最简化的线性模型
• 3.1.2 相励磁时的转矩表达式
• 3.1.3 三相绕组输入对称正弦离散电流的转矩表达式
• 3.2 步进电动机运行分析及微步驱动的作用
• 3.2.1 步进电动机的矩角特性和动、静态稳定区
• 3.2.2 低频失步与振荡
• 3.2.3 启动频率
• 3.2.4 单步运行状态
• 3.2.5 微步驱动对步进电动机运行的影响
• 3.3 微步电流波形
• 3.3.1 传统的微步驱动方式
• 3.3.2 混合式步进电动机离散正弦波细分
• 3.4 本章小结
• 第四章 微步驱动系统的稳态仿真模型
• 4.1 引言
• 4.1.1 步进电动机的重要工作状态
• 4.1.2 步进电动机计算机仿真概述
• 4.1.3 MATLAB/Simulink 简介
• 4.2 微步驱动系统
• 4.2.1 电流细分控制单元
• 4.2.2 电流追踪控制单元
• 4.3 系统数学模型
• 4.3.1 三相混合式步进电动机的数学模型
• k 的确定'>4.3.2 绕组端电压v_k的确定
• 4.3.3 驱动电路的模型
• 4.4 系统的仿真模型
• 4.4.1 仿真子系统
• 4.4.2 微步驱动系统仿真模型
• 4.5 仿真波形及理论分析
• 4.5.1 仿真参数的测定
• 4.5.2 仿真波形
• 4.6 本章小结
• 第五章 三相混合式步进电动机微步驱动器的研制
• 5.1 引言
• 5.2 微步驱动器硬件电路部分
• 5.2.1 驱动电路
• 5.2.2 D/A 转换电路
• 5.2.3 脉宽调制电路
• 5.2.4 功率驱动电路
• 5.2.5 步进电机功率主电路
• 5.3 软件电路部分
• 5.3.1 PIC 单片机的性能特点
• 5.3.2 单片机的软件设计
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 实验装置
• 5.4.2 实验波形
• 5.5 本章小结
• 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学位论文