基于MSP430单片机的步进电机细分驱动器

阐述了两相混合式步进电机的细分控制原理,提出了以MSP430单片机为微控制器,通过DAC7612产生相差为π2的细分电流控制信号,以集成步进电机驱动芯片为驱动器,实现了两相混合式步进电机的细分运行控制,电流细分精度达到1/2048。     

步进电机在某小型五轴转台中的应用

介绍了步进电机在某小型五轴转台控制中的应用与工程实现。其较高的定位精度、无位置累积误差、开环运行机制,与闭环控制系统相比降低了系统成本;可编程的驱动控制器,提高了系统控制的灵活性及可靠性。     

一种基于实验的步进电机细分电流设计法

通过理论计算给出细分电流的定量描述,提出获得电机绕组电流I与平衡位置θ之间函数关系的实验方法.利用θ-l的关系确定细分电流,进而实现步进电机均匀步距的细分控制.     

基于专用控制芯片的车载升降装置设计

为了降低研发成本,提高系统的稳定性和灵活性,设计了由单片机、专用步进电机驱动芯片构成的车载升降系统。该系统主要采用了C8051F500微控制器、TMC5160步进电机驱动芯片。系统具有256细分的高精度步进,并具有电机过载检测、堵转报警等功能。测试结果表明,该控制系统达到了预期的设计效果和要求。     

基于SPMC75F2413A单片机的步进电机控制方法

提出了一种基于凌阳 SPHC75F2413A 单片机的步进电机微步距控制方法。通过单片机 IO 口输出的数据为步进电机的控制信号,信号经微步距两相步进电机专用驱动器 SLA7042M 驱动步进电机,实现对步进电机的微步距控制。该控制方法由于减小了步进电机的步距角,从而提高了电机的分辨率。实验表明,该方法能够满足系统的精度要求。     

基于FPGA 的步进电机细分控制研究

为了解决所选步进电机固有步距角过大而无法满足系统高精度微位移控制要求的问题,以细分控制原理为理论依据,设计了1种基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array , FPGA）的单极性细分驱动电路。该电路具有绕组断线检测功能,可在电机转速为2 rad/s的前提下实现16或者更高程度的细分控制。在电路的调试过程中,针对绕组互感问题进行了研究,在很大程度上降低了绕组互感对细分控制精度的影响。试验结果表明：所设计的基于FPGA的细分驱动电路控制精度满足使用要求。     

CCD压痕直径测量系统中Z坐标的快速精确定位

为满足CCD压痕直径测量系统对坐标位置和电机运行速度的要求,本文设计了一种步进电机测量控制系统。采用闭环位置控制方案,以脉冲加方向信号来驱动步进电机;采用在电机运行过程中改变电机运行速度与方向的控制措施,实现了电机的快速运行和坐标的精确定位。使用Microsoft Visual C＋＋语言编辑界面程序,具有控制简单、Z坐标定位快速精确、可靠等特点。     

基于鲁棒模型的航空交流感应电机预测转矩控制

航空领域对驱动电机的动态、稳态及鲁棒性能提出了更为苛刻的要求。近年来,有限集模型预测控制（FCS-MPC）以其动态响应快、稳态性能好（同开关频率下）等诸多优点成为电机驱动领域的国际研究前沿。然而,预测模型依赖于电机参数,鲁棒性差。特别地,在感应电机的FCS-MPC中,模型失配引起电磁转矩预测误差,进而降低系统性能甚至导致系统失稳。针对此问题,提出了一种基于鲁棒模型的感应电机预测转矩控制。在定子电流预测方面,在传统开环模式的基础上,建立了闭环模式的定子电流预测方程,研究了其稳定性及参数设计方法。在定子磁链矢量预测方面,在传统电压模型预测法的基础上,建立了融合电压模型及电流模型的离散混合预测模型,基于比例积分调节器调节电压模型到电流模型的平滑切换。感应电机的电磁转矩则由闭环模式预测的定子电流和定子磁链计算得到。在一台2.2 kW感应电机实验平台上对本文提出的算法进行验证,实验结果证明了该方法的有效性。     

一种适用于航空发电机系统的闭环I/f控制方法

航空发动机起动发电系统要求在热机与冷机情况不同负载转矩未知且突变明显时都能够可靠起动,且要求起动时间尽可能短。传统的永磁同步电机开环I/f控制方法存在转速调节时间长、电流利用率低、给定电流与负载转矩不匹配时易发生失步现象等问题,因此并不适用于航空发动机起动发电系统。针对此问题,提出了一种基于瞬时功率检测的改进闭环I/f控制策略,通过检测瞬时有功功率的扰动量对给定电流矢量的角速度进行补偿,增加系统阻尼转矩分量,加快转速收敛;通过检测瞬时无功功率调节电流矢量幅值,使电机工作在最大转矩/电流比状态,适应负载转矩的突变。同时建立了基于小信号的线性化模型,对传统开环I/f与改进闭环I/f控制方法的稳定性及鲁棒性进行了分析,选取了合适的阻尼补偿系数。最后通过仿真及试验验证了改进闭环I/f起动控制方法可以减小升速阶段转速波动约±60 r/min,减小转速达到稳定的收敛时间约0.3 s,提高电流利用率约20%,且能够适应航空发动机起动发电系统中未知且突变的负载转矩,及时对给定电流进行调整,不再会出现失步现象,实现可靠起动,可以有效地应用在航空发动机起动发电系统中。     

四相横向磁通永磁电机的三电平滞环电流控制

以新型四相横向磁通永磁电机为研究对象,利用MATLAB/Simulink软件平台以及Simpower System工具箱,对闭环控制系统进行了研究。在传统双闭环调速控制基础上,为滞环电流控制环引入零电平,将滞环分为上滞环和下滞环。综合考虑开关频率与电流THD确定合适的滞环环宽,并根据偏差电流值与滞环环宽比较值得到逆变器控制信号。通过仿真得到各种工况下的电机运行数据,说明该控制方法能够对四相横向磁通永磁电机进行有效控制。     

基于FPGA和LMD18200的步进电机控制系统

提出了一种控制步进电机的设计方法,结合MCU、FPGA和增量型编码器构成了一个完整的运动控制平台。系统由总线接口单元、闭环控制单元、PWM脉宽调制单元和LMD18200驱动单元组成。实践表明,利用LMD18200驱动逻辑能够使步进电机高效稳定地运行,有效降低了电机运行中的噪声和起动、停止时的振动,使用效果好于大部分常规步进电机驱动方法。     

直驱阀控制系统设计及验证

为提高直驱阀系统的动态特性和稳定性,设计了1种位置环加电流环的直驱阀双闭环控制系统,其中位置环采用比例积分控制加相位超前校正,电流环采用比例积分控制。在MATLAB平台上,开展了电流环仿真、位置环的参数辨识以及仿真;在由DSP和FPGA构成的验证平台上,开展了试验验证,电流环与位置环的控制效果与仿真模型均一致,获得了400 Hz以上的电流控制带宽和25 Hz以上的位置控制带宽。研究结果表明:此控制器设计及校正方法可有效提高直驱阀系统的动态特性和稳定性。     

低压电动车开关磁阻电机隔离驱动技术

在传统的低压电动车开关磁阻电机(SRM)驱动系统的设计中,优先考虑的问题是系统的体积和成本。通常在MOSFET驱动电路、相电流和母线电压采样电路设计中直接忽略了数字地和功率地的隔离问题,使得整个驱动系统的可靠性大打折扣。在保持传统的非隔离驱动系统中驱动电路和电阻采样电路的基础上,提出采用高速光耦实现PWM控制信号与MOSFET驱动信号的隔离,采用线性光耦实现相电流和母线电压采样信号与控制器AD采样信号之间的隔离。该方式可以在尽量不增加系统体积和成本的情况下,实现数字地和功率地隔离,从而进一步提升低压电动车SRM驱动系统的可靠性,具有广阔的应用前景。     

用于故障穿越的飞轮储能双三相异步电机驱动控制研究

随着海上风电场的发展和高压直流输电技术的应用,风电场系统存在交流侧故障穿越的问题。针对这个问题,提出了一种用于故障穿越的基于模块化多电平变频器和双三相异步电机的飞轮储能系统,并设计了其驱动控制方案。飞轮储能系统采用了模块化多电平技术能方便地构建大功率高压变频器,并具备扩容能力。为了提高飞轮储能系统的可靠性,采用了双三相异步电机驱动,从而提高了冗余性。接着设计了能均衡各个模块电容电压的双三相异步电机驱动控制算法。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了风电场和飞轮储能系统的仿真模型,进行了仿真计算。仿真结果验证了飞轮储能系统的功能和驱动控制策略的性能。     

Electromechanical flight actuators for advanced flight vehicles

The aircraft flight quantities and success of the mission depend to a great extent upon the actuator performance, and flight actuators must be designed to achieve the specified criteria. Electromechanical flight actuators driven by electric motors have begun to displace hydraulic technology in advanced flight vehicles. In aerospace application, permanent-magnet stepper motors are perfectly suited due to their efficiency and reliability, low volume-, weight-, and size-to-torque ratios, high power and torque densities, low cost and maintenance, simplicity and ruggedness, etc. Conventional open-loop stepper motor servos do not ensure the required accuracy and dynamic performance. An innovative method in motion control of advanced electromechanical flight actuators is developed, and nonlinear controllers are designed. The specified tracking accuracy, desired stability margins, microstepping capabilities, and disturbance attenuation are ensured by the robust nonlinear controllers synthesized. Analytical, numerical, and experimental results are documented to study the performance of flight actuators directly driven by stepper motors and to demonstrate the efficiency of control algorithms     

基于细菌觅食优化算法的永磁同步电机位置伺服系统模糊控制策略

针对PID控制器参数固定而引起永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统控制效果不佳问题,设计了基于细菌觅食优化算法的模糊控制器。该位置控制系统是以空间矢量控制为理论基础,由位置环、速度环、电流环构成的PMSM三闭环控制系统。在MATLAB/Simulink环境中将模糊控制器应用在系统位置环上。对比仿真结果发现,参数优化后的模糊控制器在系统位置环的作用更加优越,完全克服了传统PID控制器的缺点,能有效提高电机位置控制的快速性和准确性。     

Impact Potential of New Power Electronic Technologies

New technological advances in the area of power electronics are having an increasing impact on the design of aerospace control systems. These next generation power components promise improved system performance through increased electronic efficiencies. Applying state-of-the-art packaging concepts as an integral part of the system design will allow these devices to be utilized in a space efficient and reliable manner. The first portion of this paper looks at two such next generation components. The first is a High Voltage Integrated Circuit (HVIC) that provides a bridge between the low voltage controller logic and the high voltage motor winding invertor. This device achieves size reduction and an increase in reliability through integration of low and high voltage logic networks on a single integrated circuit. The second is the Insulated Gate Transistor (IGT). This device provides a high voltage switch with MOS-like drive characteristics. The present and future expectations of these power devices are discussed. This paper then looks at new packaging techniques for power devices. The impact of parasitic circuit effects have significant impact on power circuit performance. Finally, this paper looks at an example control application. The design is that of a permanent magnet motor driven actuator. The drive motor uses 270 vdc for supply voltage. Within the intelligent system controller, is the capability to control the current demands of the motor. The new power electronics devices are making the design feasible in both thermal and volume efficiency. This topic includes projected controller sizing into the 1990s.     

基于模糊在线调整权重因子的三相六开关容错逆变器驱动异步电机FCSMPTC

为了进一步提高异步电机的控制性能,减小磁链和电流脉动,针对传统异步电机有限控制集模型预测转矩控制(FCSMPTC)中目标代价函数权重因子的配置问题,提出一种模糊在线调整权重因子的异步电机FCSMPTC方法。通过判断转矩和磁链误差,采用TakagiSugeno模糊控制方法实现对权重因子的动态调整,并给出了模糊论域和相应的模糊规则设计。同时考虑到三相异步电机驱动系统中逆变器开关故障给控制系统带来的影响,采用三相六开关容错控制策略对系统进行容错控制。仿真结果表明:该控制方法能够平滑磁链和电流输出,减小电流谐波。     

开关磁阻电机及控制系统仿真与建模

开关磁阻电机(SRM)应用广泛,但由于电机内部磁场的非线性和相电流难以解析等问题,因此高精确度的建模和仿真较为困难。电机及驱动系统建模的研究直接影响到电机的优化设计、动静态性能分析、控制策略的评估等。为此,介绍了一种SRM及控制系统的建模方法,利用Flux有限元软件搭建的电机本体模型与MATLAB搭建的控制系统进行联合仿真。通过试验,测得电机在不同运行状态下的电流波形,并与仿真结果比较。结果表明:不同控制方式下的电流波形与仿真结果一致,是一种行之有效的建模手段。     

基于输入电流连续型开关升压变换器的永磁同步电机预测电流控制方法的研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)驱动系统存在的问题,应用一种连续型开关升压逆变器,通过应用预测控制方法提高PMSM控制性能。拓扑电路在逆变电路和输入直流电源之间加入一个开关升压电路,以达到提高系统电压增益和消除死区的目的,同时可使系统具有更高的可靠性。此外,采用预测电流控制(PCC)方法对PMSM进行控制,与传统的矢量控制技术相比,PCC具有更快的动态响应,并减少了电流脉动。最终,通过试验验证了基于开关升压变换器的PMSM PCC的可行性。