基于(Δcos(ϕ))⁄ΔI因子的步进电机驱动电流优化控制研究
2023年电子技术应用第5期
刘兆春1，胡昆2
（1.安徽大学江淮学院，安徽 合肥 230031；2.西北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710072）
摘要： 脉冲步进指令控制的传统步进电机具有开环定位的特点，无需位置传感器。而开环控制的缺点在于当发生过载时容易导致失步，为了降低失步发生的概率，步进电机通常以最大电流工作，这会影响其工作效率。针对上述问题，提出了一种基于(Δcos(ϕ))⁄ΔI因子的优化步进电机驱动电流的控制算法，该算法结合步进电机的特性及其步进指令脉冲，适用性强，计算过程简单，无需额外设置步进电机的机械或电气参数。利用混合式步进电机的实测数据进行了数据仿真实验，证明了所提出算法的有效性。
中图分类号：TP237+.4
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223114
中文引用格式： 刘兆春，胡昆. 基于(Δcos(ϕ))⁄ΔI因子的步进电机驱动电流优化控制研究[J]. 电子技术应用，2023，49(5)：88-93.
英文引用格式： Liu Zhaochun，Hu Kun. Research on optimal control of driving current of stepping motor based on the factor of(Δcos(ϕ))⁄ΔI[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(5)：88-93.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223114
中文引用格式： 刘兆春，胡昆. 基于(Δcos(ϕ))⁄ΔI因子的步进电机驱动电流优化控制研究[J]. 电子技术应用，2023，49(5)：88-93.
英文引用格式： Liu Zhaochun，Hu Kun. Research on optimal control of driving current of stepping motor based on the factor of(Δcos(ϕ))⁄ΔI[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(5)：88-93.
Research on optimal control of driving current of stepping motor based on the factor of (Δcos(ϕ))⁄ΔI
Liu Zhaochun1，Hu Kun2
(1.Jianghuai College of Anhui University， Hefei 230031， China； 2.School of Automation， Northwestern Polytechnical University， Xi′an 710072， China)
Abstract： The traditional stepper motor controlled by pulse command has the characteristics of open-loop positioning without any position sensor. The disadvantage of open-loop control is that it is easy to lead to out of step when overload occurs. In order to reduce the probability of out of step, the stepper motor usually works with the maximum current, which will affect its working efficiency. To solve the above problems, a control algorithm based on the factor of (Δcos(ϕ))⁄ΔI to optimize the driving current of the stepper motor has been proposed in this paper. The algorithm combines the characteristics of stepper motor and its pulse command, has strong applicability and simple calculation process, and doesn′t need to set additional mechanical or electrical parameters of the stepper motor. Using the measured data of hybrid stepper motor, data simulation experiments have been carried out to prove the effectiveness of the proposed algorithm.
Key words : stepper motor；driving current；optimal control
0 引言
步进电机转矩密度高，无需位置传感器就能精确定位，电机的转子位置通过发送数字阶跃指令脉冲来控制。每发送一个步进指令脉冲，电机的转子就会转动一个步距角，其值由电机几何结构和步进算法确定。这样，在没有机械位置传感器明确反馈的情况下，步进电机很容易控制位置。因此，它被广泛应用于运动控制定位领域。
然而，当电机过载或卡住时，会出现失步现象，导致转子的预期位置和实际位置不符合。为了降低失步风险，传统的解决方法是使用最大电流驱动步进电机以有限速度运动。这会导致电机的效率低下，开环运行也会导致转矩脉动增大。由于上述原因，在要求更高的运动应用中，基本的开环算法已不能满足驱动步进电机的要求。无传感器闭环控制技术应运而生。大多数无传感器步进电机算法基于观测器技术或高频信号注入。观测器的调整非常复杂、耗时，而且通常需要离线数据。信号注入方法可以准确地估计转子位置，但需要使用额外的电子设备来产生所需的高频脉冲信号，将大大提高步进电机的应用成本。
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作者信息：
刘兆春1，胡昆2
（1.安徽大学江淮学院，安徽 合肥 230031；2.西北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710072）
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