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基于自适应算法的步进电机驱动系统的设计

作　者: 李春宇
导　师: 付光杰
学　校: 东北石油大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 反应式步进电机 自适应 驱动电路 细分
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在目前的数控生产加工,经济型自动控制和定位系统的应用中,有百分之六十以上的控制系统采用步进电机作为主要执行机构,并且步进电机大多数主要应用于要求具有较高分辨率的开环定位控制系统和低速开环调速系统中。但是步进电机开环控制使系统存在震荡区,在使用中必须避开,否则会导致电机运行过程中出现震荡现象,严重时会导致丢步。因此,实现步进电机的闭环控制可以较大的改善步进电机的系统性能。本论文设计了一款新型的基于自适应法的步进电机控制系统,实现对步进电机的闭环控制。在控制策略方面,本文作者在深入研究步进电机的结构和运行原理的基础上,以提高步进电机控制系统性能为目的,深入研究了自适应控制的理论和其鲁棒性,把鲁棒控制有机结合到步进电机的自适应控制进中,构建了适合于步进电机控制要求的自适应控制器结构,提出了相应的自适应算法,实现了对步进电机的控制,得到了比较好的控制效果。为了实现上述的控制功能,针对步进电机在运行过程中的驱动过程和驱动原理,本文对步进电机的驱动电路和反馈电路进行了设计,驱动电路主要包括脉冲分配部分和PWM斩波细分驱动部分,并且通过实验验证该驱动电路的稳定性和可靠性;反馈电路主要包括绕组电流检测部分和保护电路,以达到对步进电机实现自适应闭环控制的目的;本文还对步进电机的保护电路进行了设计,以预防步进电机在运行中出现损毁的情况。为了进一步验证本论文所设计的基于自适应控制算法的控制系统的可行性和可靠性,对MATLAB/SIMULINK各个模块进行了学习和研究,利用MATLAB/SIMULINK对所构建的自适应控制器进行仿真实验,设计了基于MATLAB/SIMULINK的仿真模拟实验平台,通过对仿真结果的分析和比较,验证了所设计的自适应控制器是一种较为理想的控制方法,系统具有较高的性能,能够改善步进电机控制系统在运行过程中存在的失步、震荡现象,实现在线修正。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 步进电机的研究现状与发展  9-11
    1.1.1 步进电机的发展史  9-10
    1.1.2 步进电机的概述  10
    1.1.3 步进电机的地位  10-11
    1.1.4 步进电机的特征  11
  1.2 本课题的研究意义  11
  1.3 本课题的研究目的和主要工作  11-13
第二章 步进电机的工作原理  13-27
  2.1 步进电机的分类及主要技术指标  13-17
    2.1.1 步进电机的分类  13
    2.1.2 步进电机的基本特性  13-17
  2.2 反应式步进电机的特性及工作原理  17-27
    2.2.1 反应是步进电机的特性  17-20
    2.2.2 步进电机的单步运行  20-22
    2.2.3 步进电机的连续运行和动特性  22-24
    2.2.4 反应式步进电机的工作原理  24-27
第三章 步进电机的驱动和控制的研究  27-35
  3.1 步进电机驱动概述  27-28
  3.2 步进电机功率驱动电路  28-33
    3.2.1 单极性驱动方式  28-32
    3.2.2 双极性驱动电路  32-33
  3.3 步进电机的控制  33-35
    3.3.1 步进电机的开环控制和闭环控制  33
    3.3.2 步进电机的控制策略  33-35
第四章 步进电机驱动控制系统的设计  35-42
  4.1 电压隔离接口电路  35-36
  4.2 脉冲分配电路  36-37
  4.3 驱动电路  37-40
    4.3.1 步进电机细分驱动简介  37-38
    4.3.2 H 桥式PWM 斩波细分驱动电路的设计  38-40
  4.4 限流保护电路  40
  4.5 电流反馈电路的设计  40-41
  4.6 驱动电路输入电压和相电流实验结果分析  41-42
第五章 自适应控制与步进电机自适应控制器的设计  42-54
  5.1 自适应控制方案  43-45
    5.1.1 增益程序（调度）控制  43
    5.1.2 模型参考自适应控制系统  43-44
    5.1.3 自校正控制  44-45
    5.1.4 自整定PID  45
  5.2 自适应控制的设计  45-46
    5.2.1 对控制器的设计的要求  45
    5.2.2 自适应控制器设计的主要内容  45-46
  5.3 自适应控制器的设计  46-51
  5.4 自适应控制器仿真与分析  51-54
第六章 控制系统的系统仿真与分析  54-58
  6.1 系统仿真  54-56
    6.1.1 步进电机闭环控制结构  54
    6.1.2 仿真模型  54-56
  6.2 系统仿真结果及分析  56-58
结论  58-59
参考文献  59-63
发表文章目录  63-64
致谢  64-65
详细摘要  65-71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 微电机 > 控制用微电机 > 步进式微电机
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