步进电机控制

步进电机控制

 佟欣

陆军装甲兵学院士官学校   130117

摘要：衡量伺服系统整体性能的好坏的关键是系统是否有稳定性以及较强的抗干扰能力,为了使系统有较好的稳定性和较强的抗干扰能力,采用合适的控制策略及其重要。传统的永磁电机是用霍尔传感器检测转子位置,为了降低制造成本,以及减少系统的体积,笔者提出采用无位置传感器的控制策略。本文将运用模糊PID算法对永磁同步电机控制,以及运用扩展卡尔曼滤波器作为观测器对永磁同步电机转子进行跟踪。

关键词：步进电机；控制；电动辅助转向

引言

新能源车的种类有许多，如果以驱动能量来源进行划分，那么可以分为纯电动、燃料电池以及混合动力三种，其中最重要的构件有驱动电机、动力电池以及能量转换控制系统。而永磁同步电机作为驱动电机的一种，其在性能方面如效率、功率密度、转矩密度等都相较于其他驱动电机更具优势，因此永磁同步电机在新能源车上的应用极具实际意义。

1伺服电机控制技术的内涵

在制造业发展过程中，伺服电机控制是一项常用的智能化控制技术，可配合机械产品制造过程的动态化运转，对设备进行全过程管理，有效记录被控制对象的连续化动作特性。当有异常现象时，该技术能够将数据及时反映在显示控制系统当中。伺服控制技术的自动控制机理主要是指：通过设备内的各种传感器、控制器等机械媒介，有效控制物体，故该技术被广泛应用于对精度要求很高的机械制造领域及其生产环节中。当前，我国工业生产领域中常用的伺服系统分为两种，第一种为电气伺服系统，具有操作便捷、安全性高等特点。第二种为电液伺服系统，该系统主要以电机为载体进行驱动提供动力，可精准判断并反应机械控制指令，刚性好，输出速度较为平稳，但在运转时会产生较大的噪声。在使用伺服控制技术完成工业生产活动的过程中，针对两种不同类型的伺服系统进行分析研究，判断何种伺服系统更能满足当代工业高精度生产要求，可充分发挥其各自的职能，促进工业领域的可持续发展。数控系统的引入，进一步提升了该技术的应用价值，提高了伺服系统的性能，包括内部的处理器设备也在不断升级，使得其计算性能更加精确，可以缩短机械生产过程所用的时间，提高生产效率，进而提升企业的收益。

2步进电机控制技术

2.1增加允许起机信号功能，便于直观确认允许启机条件

将仪表允许启机信号接入原微机保护信号故障中间继电器KA回路，将继电器KA常闭点取消并短接，将继电器KA常开点接入原允许起机信号处。同时增加允许启机信号指示功能，这样可方便通过柜前允许起机信号指示灯，快速判断是否具备启机条件。改进优化，将所有保护引起跳闸的条件引入微机保护装置进行监测，即可清晰判断启机条件，停机原因，又消除了引起非故障停机的各种隐患，大大简化了控制电路，减低了故障几率，便于操作，提高了再生风机运行的可靠性。

2.2模糊PID控制仿真

笔者运用可信度高的软件工具Matlab，在Matlab中使用simulink分别建立模糊PID控制系统以及常规PID控制系统,这样能对比出差异,显示模糊PID控制的优势。在建立模糊PID控制模块时,需要模糊推理机指定相应的规则。通过对比以上仿真波形图可得模糊PID控制精准度更高,且反应时间更快,模糊PID在系统仿真时间为0.6s时可达到稳定,且达到稳定后做小幅度摆动。传统PID控制在9.5s时达到稳定,反应时间极慢。最后把模糊PID控制系统整合到永磁同步电机控制系统中,使永磁同步电机控制中的PI控制使用模糊PID控制算法。

2.3过载能力

由于步进电机并未设置过载性能，且交流伺服电机有着极强的速度过载能力与转矩过载能力。通过使用交流伺服电机，可克服机械在启动时所产生的惯性力矩，解决机械在实际运用时容易出现的力矩浪费的问题。因此，相关科研工作者下一步研究的重点应当放在持续探究改进电机力矩的有效方式上。

2.4恒压频比开环控制

恒压比开环控制的损耗属于电机的外部损耗，即电压与频率。首先，控制系统将额定标准电压与频率传输至完成控制活动的逆变调节器中，然后，逆变器出现一个交变正弦电压并作用在电机的定子绕组，确保定子在预设的电压和频率下开始运行。恒压频比开环控制操作简单方便，速度主要由工频进行控制。但是，恒压频比开环控制未能加入转速、位置等反馈信号，无法及时获取到电机的具体情况，难以保证电磁转矩的高精准性。此外，恒压频比开环控制缺乏快速的动态回应特征，控制水平偏低。

结束语

本文通过介绍新能源汽车对电机性能的要求以及选用电机的参数原则，从永磁同步电机的结构、工作原理以及性能优势等方面分析新能源汽车应用永磁同步电机的实际价值，明确了永磁同步电机与其他一般的传统异步电机相比在安全性、可靠性以及调速性能方面更具性能优势；随后从电机定子结构、电机转子结构以及电机温升和振动噪声等方面分析了永磁同步电机在新能源汽车上的应用设计要点，探究了永磁同步电机定子、转子以及温升和振动噪声问题的优化方案；最后研究了新能源车中对永磁同步电机的控制措施。综上可知，永磁同步电机适用于对新能源汽车的设计以及制造，其在新能源汽车上有较好的应用前景。

参考文献

[1]于俊林.永磁同步电机无传感器控制研究与实现[D].河北工程大学,2021.

[2]蔡沛.永磁同步电机矢量控制及其关键参数整定方法研究[D].华中科技大学,2021.