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步进电机无位置传感器控制

胡定军  
【摘要】:尽管步进电机在数控机械等领域有着广泛的应用,但其开环控制存在失步等缺点,而且运用旋转编码器等机械传感器实现的闭环控制,往往受工作环境等影响,难以安装实现。因此研究采用无位置传感器检测步进电机转子位置和速度具有一定的现实意义和应用价值。本文以二相混合式步进电机为研究对象,基于脉动高频电压信号注入法和卡尔曼滤波原理,研究实现二相混合式步进电机的无位置传感器控制技术。本文主要工作如下: 1)建立了二相混合式步进电机的数学模型,定义了电机的d-q坐标。建立了以DSP为核心的电机位置、电流双闭环控制系统模型,并实现了电机驱动、绕组电流检测等外围硬件电路。 2)阐述了运用脉动高频电压信号注入法和卡尔曼滤波检测二相混合式步进电机转子位置的基本原理。基于冲量等效原理和正弦波脉宽调制原理,实现了驱动电压和高频注入电压的同时注入。运用MATLAB与DSP配合实现了FIR数字滤波和卡尔曼滤波,准确提取出了绕组电流中包含的电机转子位置信息。 3)在MATLAB/Simulink环境下,建立了二相混合式步进电机无位置传感器控制系统的仿真模型,实现了步进电机无位置传感器控制的仿真;基于TMS320F2812搭建实验平台,编写了相关程序,完成了软硬件调试。仿真及试验验证了脉动高频电压信号注入法和卡尔曼滤波能够准确实时检测出低速时二相混合式步进电机转子位置,实现了步进电机的无位置传感器控制。


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