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優勢供應進口HIMMEL電機KA62-XL/2

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江蘇邱成機電有限公司

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自適應控制

自適應控制是在 20 世紀 50 年代發展起來的自動控制領域的一個分支 。它是隨著控制對象的復雜化 ,當動態特性不可知或發生不可預測的變化時 ，為得到高性能的控制器而產生的 。其主要優點是容易實現和自適應速度快 ,能有效地克服電機模型參數的緩慢變化所引起的影響 ,是輸出信號跟蹤參考信號 。文獻研究者根據步進電機的線性或近似線性模型推導出了全局穩定的自適應控制算法 , 這些控制算法都嚴重依賴于電機模型參數 。文獻將閉環反饋控制與自適應控制結合來檢測轉子的位置和速度 , 通過反饋和自適應處理 ,按照優化的升降運行曲線 , 自動地發出驅動的脈沖串 ，提高了電機的拖動力矩特性 ，同時使電機獲得更精確的位置控制和較高較平穩的轉速 。 [3] 

目前 ，很多學者將自適應控制與其他控制方法相結合 ，以解決單純自適應控制的不足。文獻設計的魯棒自適應低速伺服控制器 ，確保了轉動脈矩的補償及伺服系統低速高精度的跟蹤控制性能 。文獻實現的自適應模糊 PID 控制器可以根據輸入誤差和誤差變化率的變化 ，通過模糊推理在線調整 PID參數 ，實現對步進電機的自適應控制 ,，從而有效地提高系統的響應時間 、計算精度和抗干擾性 。 [3] 

矢量控制

矢量控制是現代電機高性能控制的理論基礎 ,可以改善電機的轉矩控制性能 。它通過磁場定向將定子電流分為勵磁分量和轉矩分量分別加以控制 ，從而獲得良好的解耦特性 ，因此 ，矢量控制既需要控制定子電流的幅值 ,又需要控制電流的相位 。由于步進電機不僅存在主電磁轉矩 ，還有由于雙凸結構產生的磁阻轉矩 ，且內部磁場結構復雜 , 非線性較一般電機嚴重得多 , 所以它的矢量控制也較為復雜 。推導出了二相混合式步進電機 d-q 軸數學模型 ,以轉子永磁磁鏈為定向坐標系 ,令直軸電流 id =0 ,電動機電磁轉矩與 iq 成正比 , 用PC 機實現了矢量控制系統 。系統中使用傳感器檢測電機的繞組電流和轉自位置 ,用 PWM 方式控制電機繞組電流 。文推導出基于磁網絡的二相混合式步進電機模型 , 給出了其矢量控制位置伺服系統的結構 ,采用神經網絡模型參考自適應控制策略對系統中的不確定因素進行實時補償 ，通過最大轉矩/電流矢量控制實現電機的高效控制

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江蘇邱成機電有限公司是一家集研發、工程、銷售、技術服務于一體的現代化企業，是國內自動化領域具競爭力的設備供應商。公司主要經營歐美和日韓 等發達國家的機電一體化設備、高精度分析檢測儀器、環境與新能源工業設備及電動工具等工控自動化產品。 

三相磁阻式步進電動機模型的結構示意圖如概述圖所示。它的定、轉子鐵心都由硅鋼片疊成。定子上有六個磁極，每兩個相對的磁極繞有同一相繞組，三相繞組接成星形作為控制繞組；轉子鐵心上沒有繞組，只有四個齒，齒寬等于定子極靴寬。 [1] 

步進電機加減速過程控制技術

正因為步進電機的廣泛應用,對步進電機的控制的研究也越來越多，在啟動或加速時如果步進脈沖變化太快，轉子由于慣性而跟隨不上電信號的變化，產生堵轉或失步在停止或減速時由于同樣原因則可能產生超步。為防止堵轉、失步和超步，提高工作頻率,要對步進電機進行升降速控制。 [2] 

步進電機的轉速取決于脈沖頻率、轉子齒數和拍數。其角速度與脈沖頻率成正比，而且在時間上與脈沖同步。因而在轉子齒數和運行拍數一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。由于步進電機是借助它的同步力矩而啟動的，為了不發生失步,啟動頻率是不高的。特別是隨著功率的增加,轉子直徑增大，慣量增大，啟動頻率和最高運行頻率可能相差十倍之多。 [2] 

步進電機的起動頻率特性使步進電機啟動時不能直接達到運行頻率，而要有一個啟動過程，即從一個低的轉速逐漸升速到運行轉速。停止時運行頻率不能立即降為零，而要有一個高速逐漸降速到零的過程。 [2] 

步進電機的輸出力矩隨著脈沖頻率的上升而下降,啟動頻率越高，啟動力矩就越小，帶動負載的能力越差，啟動時會造成失步，而在停止時又會發生過沖。要使步進電機快速的達到所要求的速度又不失步或過沖，其關鍵在于使加速過程中,加速度所要求的力矩既能充分利用各個運行頻率下步進電機所提供的力矩，又不能超過這個力矩。因此,步進電機的運行一般要經過加速、勻速、減速三個階段,要求加減速過程時間盡量的短，恒速時間盡量長。特別是在要求快速響應的工作中，從起點到終點運行的時間要求最短，這就必須要求加速、減速的過程最短，而恒速時的速度最高。 [2] 

國內外的科技工作者對步進電機的速度控制技術進行了大量的研究，建立了多種加減速控制數學模型，如指數模型、線性模型等，并在此基礎上設計開發了多種控制電路，改善了步進電機的運動特性，推廣了步進電機的應用范圍指數加減速考慮了步進電機固有的矩頻特性,既能保證步進電機在運動中不失步，又充分發揮了電機的固有特性，縮短了升降速時間，但因電機負載的變化，很難實現而線性加減速僅考慮電機在負載能力范圍的角速度與脈沖成正比這一關系，不因電源電壓、負載環境的波動而變化的特性，這種升速方法的加速度是恒定的，其缺點是未充分考慮步進電機輸出力矩隨速度變化的特性，步進電機在高速時會發生失步。 [2] 

步進電機的細分驅動控制

步進電機由于受到自身制造工藝的限制，如步距角的大小由轉子齒數和運行拍數決定，但轉子齒數和運行拍數是有限的，因此步進電機的步距角一般較大并且是固定的,步進的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運行時振動，噪音比其他微電機都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。這些缺點使步進電機只能應用在一些要求較低的場合，對要求較高的場合，只能采取閉環控制，增加了系統的復雜性，這些缺點嚴重限制了步進電機作為優良的開環控制組件的有效利用。細分驅動技術在一定程度上有效地克服了這些缺點。 [2] 

步進電機細分驅動技術是年代中期發展起來的一種可以顯著改善步進電機綜合使用性能的驅動技術。年美國學者、在美國增量運動控制系統及器件年會上提出步進電機步距角細分的控制方法。在其后的二十多年里,步進電機細分驅動得到了很大的發展。逐步發展到上世紀九十年代*成熟

的。我國對細分驅動技術的研究,起步時間與國外相差無幾。 [2] 

在九十年代中期的到了較大的發展。主要應用在工業、航天、機器人、精密測量等領域,如跟蹤衛星用光電經緯儀、儀器、通訊和雷達等設備,細分驅動技術的廣泛應用,使得電機的相數不受步距角的限制,為產品設計帶來了方便。目前在步進電機的細分驅動技術上,采用斬波恒流驅動,儀脈沖寬度調制驅動、電流矢量恒幅均勻旋轉驅動控制止，大大提高步進電機運行運轉精度,使步進電機在中、小功率應用領域向高速且精密化

的方向發展

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