两相混合式步进电机建模与仿真

基于Modelica/Dymola 的二相混合式步进电动机建模与仿真*何义姚锡凡（华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640）Modeling and simulation of two-phase hybrid stepping motor based on modelica/dymolaHE Yi ，YAO Xi-fan（Department of Mechanical and Automobile Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，China ）文章编号：1001-3997（2010）06-0074-02【摘要】Dymola 是基于统一建模语言Modelica 对物理系统进行建模与仿真的平台。

Dymola 充分发挥Modelica 语言的优点，并能够快速、形象地建立模型。

在二相混合式步进电动机数学模型建立的基础上，运用Modelica 语言在Dymola 上建模和仿真。

仿真结果表明，二相混合式步进电动机模型效果良好，能够满足实际要求。

关键词：Modelica ；Dymola ；二相混合式步进电动机【Abstract 】Dymola is the platform of modeling and simulation for physical system based on the uni －fied modeling language Modelica.Dymola gives full play to the advantages of Modelica language and is able to set up the model quickly and visually.Modeling and simulation is implemented in Modelica lan －guage under Dymola environment on basis of mathematical model of two -phase hybrid stepping motor.Simulation results showed that the model of two-phase hybrid stepping motor was fine and could meet the practical requirements.Key words ：Modelica ；Dymola ；Two-phase hybrid stepping motor中图分类号：TH16，TP391.9，TM383.6文献标识码：A＊来稿日期：2009-08-08＊基金项目：国家“863”高技术研究发展计划（2007AA04Z111）1引言二相混合式步进电动机应用最为广泛，是步进电动机的主流。

两相混合式步进电机系统研制1课题研究背景步进电动机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可以看作是在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电机。

具有定位精度高、可控性好、工作稳定可靠、控制简单、造价便宜、性能可靠的特点。

因而其被广泛应用在数控设备、机械手、绘图机、印刷和包装设备等工业、军事和医疗自动化领域中。

进电机及其系统存在低速容易振荡、高速转矩变小、失步等缺点，阻碍和制约了步进电机的发展，因而其常用于低速驱动。

2系统组成与CortexM3微控制器分析2.1系统组成整个系统由上位机、步进电机驱动器、步进电机、220V交流电转5V直流电变压器、STM32微控制处理器、控制板等部分组成。

2.2CortexM3微控制器CortexM3内核既包含了适用于传统的Thumb指令译码器又拥有新型Thumb2指令译码器，同时，它还拥有一个支持硬件乘法和硬件除法的先进ALU、控制逻辑和用于连接处理器其他部件的接口。

CortexM3处理器与系统部件之间的连接时通过紧耦合的方式来实现的，这么做的好处是减小了芯片面积，与现有的三级流水线内核相比，其面积可以缩小了30%左右。

同时，CortexM3处理器实现了Thumb2指令集构架，代码密度高，既能满足32位ARM指令集的性能，同时也能降低存储器的需求。

3电源电路设计电源电路的设计采用具有稳压精度高，输出电压稳定，电压纹波很小，输出电流能力强等特性的线性集成稳压电源芯片。

电源系统采用数字电源和模拟电源分开设计，分别为控制板上的数字电路模块和模拟电路模块供电。

为保证较好的电源整体以及保证电路板的穩定性和可靠性，在所设计的直流电源电路中需要抑制噪声电压，这就需要我们配置去耦电容。

我们采用在大电容和小电容并联的方法来实现电源电路的去耦设计。

其原理是通过电容的等效电感值的减小，将频率较高的不需要的电流通过小电容短接到地，这时所起的作用也称电源高频干扰退耦。

本文的电路图中，通过设计一个1～10μF的大电容来使得低频噪声被过滤，同时再并联一个大小为0.01～0.1μF的小电容来使得高频噪声被过滤，通过这样相差两个数量级的电容来实现预期的功能。

双电动机驱动伺服系统的动力学建模及齿隙非线性仿真分析骆骁;杨武森【摘要】The dynamic model of dual-motor drive servo system was built, the nonlinear system of gear backlash was transformed to no backlash linear system. Dynamic model of dual-motor synchronous linkage servo system was established, through MATLAB simulation and analysis, got rotation curve and torque curve of gear output under the condition with backlash, verified the superiority of dual-motor drive servo system.%建立双电动机驱动伺服系统的动力学模型,将齿隙的非线性系统转化为一个近似无齿隙的线性系统.建立双电动机同步联动伺服系统的动力学模型,通过Matlab仿真分析,得到含齿隙条件下的齿轮输出转角曲线和转矩曲线,验证了双电动机驱动伺服系统的优越性.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】4页(P106-109)【关键词】伺服系统;动力学建模;非线性;仿真分析【作者】骆骁;杨武森【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007【正文语种】中文【中图分类】TG47双电动机同步联动伺服系统的结构简图如图1所示，其中ωc1、ωc2是2个驱动齿轮的角速度，Jc1、Jc2是2个驱动齿轮的转动惯量，ω1、ω2是2个驱动电动机的角速度，U1、U2是2个驱动电动机的电枢电压，ωm是大齿圈的角速度，Jm是大齿圈的转动惯量。

步进电机调速系统的建模与仿真步进电机调速系统的建模与仿真步进电机调速系统是一种常见的工业控制系统，它通常用于控制电机的转速和位置。

本文将按照步骤思考的方式，介绍步进电机调速系统的建模与仿真方法。

1. 确定系统需求和参数在开始建模之前，我们首先需要确定步进电机调速系统的需求和参数。

例如，我们需要知道电机的额定转速、最大转矩以及负载的惯性等。

这些参数将对系统的建模和仿真过程产生重要影响。

2. 绘制系统框图根据步进电机调速系统的工作原理，我们可以绘制出系统的框图。

框图是由各个组成部分和它们之间的关系组成的图形，有助于我们理清系统的功能和信号流动。

在步进电机调速系统中，通常包括电机、驱动器、编码器和控制器等组件。

3. 建立数学模型在建模过程中，我们需要将系统转化为数学模型。

对于步进电机调速系统，可以采用转子惯性、电机动力学方程和电机驱动器的特性等来建立数学模型。

根据这些模型，我们可以得到系统的状态方程和输出方程。

4. 设计控制策略设计控制策略是步进电机调速系统建模的重要一步。

根据系统的需求和数学模型，我们可以选择适合的控制策略。

常见的控制策略包括比例积分控制（PID）和模糊控制等。

选择合适的控制策略可以提高系统的稳定性和性能。

5. 进行仿真分析完成步进电机调速系统的建模和控制策略设计后，我们可以进行仿真分析。

使用仿真软件，我们可以将系统的数学模型输入，并模拟系统的运行情况。

通过仿真分析，我们可以评估系统的性能，例如转速响应、位置控制精度等。

6. 优化和调试在仿真分析过程中，我们可能会发现系统存在一些问题，例如过大的超调、不稳定等。

这时，我们需要进行优化和调试，尝试调整控制策略的参数，以改善系统的性能。

通过多次优化和调试，最终得到满足系统需求的步进电机调速系统。

总结通过以上步骤，我们可以建立步进电机调速系统的数学模型，并进行仿真分析。

这种建模与仿真的方法可以帮助我们更好地了解步进电机调速系统的工作原理和性能，为实际系统的设计和控制提供参考。

基于MATLAB/SIMULINK的混合动态模拟线性步进电机Szabó Loránd1 – Ioan-Adrian Viorel2 – Józsa János3摘要：直线电机的主要优点是，他们不把电能转换为旋转运动，而直接转换为线性运动。

发动机的电枢负载直接耦合，提供了另外几个优势的性能，高速度，高精度，无隙，高刚度，快速响应和时间稳定。

在这种情况下，它是对新型的高性能混合线性直接驱动步进电机的模块化的一种研究。

用MATLAB / Simulink ®环境对计算机模拟得到的结果仿真，并对电机的配置进行研究。

1.引言线性电机由旋转音圈电机和负荷直接刚性连接的。

不用的有滚珠、齿轮、皮带、和滑轮。

所有这些创造出优势是简单、高效、定位精度。

特别是加速度，可以显著的从这些旋转的直线运动发动机和传统的转换发动机比较中看出。

通过一些众所周知的文献和广泛的利用中也发现了线性步进电动机的一些缺点。

在任何一个位置原动机中的一个极都会引起很大的破坏力，减少了切向力。

这种方式，其总体的效率是降低了。

此外磁通量通过原动机和在两个电枢之间两极的滚筒通过引起了很强的法向力之间的吸引力。

最大的法向力是上述两个相同电极发生破坏力所产生的。

为了消除这些不足,提出了一种模块化混合式直线步进电动机。

这种电动机的横截面图已经给出了（图1）。

电机的先行者的讨论是建立了四个独立的模块，被四分之一的XX所取代。

每个模块有两个磁极，永久磁铁和线圈的命令。

该命令线圈放在核心分支平行于永久磁铁。

模块的两极间距在仿佛一极的牙齿与牙齿的排列方式压板，比另一极的牙齿也与滚筒的牙齿对齐。

滚筒是等距离的，从高渗透冷轧钢板制作任何长度的齿列。

在两个转子的齿结构具有相同音高的罚款牙齿。

空气轴承系统维护所需的两个转子之间的航空期间动议人的旅行沿着滚筒的差距，在低分辨率提供直，僵硬，齿轮，自由运动，保证了电机的寿命几乎无限像古典混合线性步进电机，这种电机的变体也正在变磁阻组合原则和永磁电动机运行[4]。

两相异步电机的数学模型及动态特性仿真汪敏【摘要】通过对两相异步电机绕组结构的分析,在理想化假设的情况下推导了两相电机的电磁关系,建立了电机在任意速旋转坐标系dqn下的通用数学模型,并在分析电机数学模型的基础上,应用搭建模块法建立了Matlab/Simulink软件环境下两相异步电机的动态模型.并以实际应用中的小功率电机为例,对电机运行进行了仿真分析.对其启动后突加负载及带负载启动等多种瞬态过程进行了仿真计算.仿真结果表明应用此数学模型对电机运行过程进行仿真具有较高的精度、较好的通用性等优点,具有一定的实用价值.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】5页(P75-78,96)【关键词】两相异步电机;dq变换;Simulink仿真【作者】汪敏【作者单位】江汉大学数学与计算机科学学院,武汉 430056【正文语种】中文【中图分类】TM343小功率单相异步电机在家用电器和工农业生产中获得了广泛应用[1-3]，如水泵、空调、洗衣机等设备所采用的单相异步电机结构具有结构简单、控制方便、运行可靠等优点．小功率异步电机很多场合都希望能调节速度，比如空调用电机运行于高精度温度调节、洗衣机运行于洗衣或者甩干模式时，都希望电机能在很宽的范围内调节速度，同时又希望电机的输出转矩不要出现太大的波动，很显然单相电机偏软的机械特性已不能满足实际需求，由于单相电机只有一个主绕组，通电后所产生的磁场是脉振磁场，不是旋转磁场，不能使鼠笼式转子产生启动转矩．因此一般利用电容启动的单相异步电机都设置了一个在空间上与主绕组相差90°电角度的副绕组，利用交流电路中电容的电流超前电压90°相角这一原理产生旋转磁场．单相异步电机的这种结构导致调速控制方法受到很大的限制，实际控制中一般采用较为简单的调压或调频的方式，其转速调节密度较低，导致效率低、经济性差；在实行变频调速时，频率变化将导致电机内部磁场由圆形变成椭圆，造成转子转矩波动，电机运行效率降低，不能满足家电和工业用电机不断增长的性能需求[4-6]．而采用对称绕组的两相异步电机则可以解决以上这些问题，两相异步电机内部有两个主绕组，可用变频器输出对称两相电压来直接驱动，因此可以实现精确、灵活而连续的速度控制，并且运行非常平稳．随着电力电子技术、微处理器及现代控制技术的发展，实现两相异步电机的变频调速系统非常方便，同时具有结构简单、运行可靠、调速性能好、工作寿命长等优点．既可以获得和三相异步电机相近的动态性能，结构又相对简单．两相异步电机绕组由定子绕组和转子绕组两部分构成，定子绕组采用相差90°电角度的结构，转子绕组采用鼠笼式结构．两相异步电机是一个高阶、强耦合、非线性的多变量系统，其基本结构如图1所示，由理想化电机的假设可以推导出两相异步电机的绕组电感．异步电机的基本模型参数计算中，对于p对极电机x相绕组和y相绕组电感系数lxy的一般化计算公式为[2]：式中，Λg为气隙磁导，Nx，Ny分别为x绕组和y绕组的匝数，αxy为x绕组和y绕组轴线的夹角．由绕组之间电感表达式(1)可以计算出定子主电感和转子主电感分别为)/(4p)，定子绕组之间的互感、转子绕组之间的互感均为零．令ls=lσs+lms、lr=lσr+lmr(lσs、lσr分别为定子和转子每相绕组漏电感)可得定转子绕组电感矩阵分别为：定、转子绕组之间的互感矩阵为：式中，θr为定、转子绕组之间夹角．可以看出两相异步电机与三相异步电机的数学模型的区别在于两相电机定子绕组两相之间和转子绕组两相之间互感为零，消除了耦合．建立旋转坐标系如图2所示[2]，从相坐标系到dq坐标系的变换矩阵为：式中，α为d轴与定(转)子A(a)相绕组轴线之间的夹角．由旋转变换得dq坐标系中的磁链方程为：式中，ψdqs、ψdqr为dq系统中定、转子磁链矩阵；Idqs、Idqr为dq系统中定、转子电流矩阵；为Lsr的转置矩阵．工作原理即异步电机定子绕组通入相差90°的正弦交流电，即可产生旋转的气隙磁场，旋转磁场切割转子即可在转子上产生感应电势和感应电流，转子感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩从而驱动电机转动．由此可知两相异步电机和三相异步电机有相同的数学模型及解耦表达式，理论上具有相似的动态特性．但两相异步电机只需两相供电，驱动控制电路相对简单，只是功率密度稍低．根据参照系理论，采用旋转变换并令ω=0即可得出在静止参照系中的状态方程为：式中，uαs、uβs、uαr、uβr为αβ系统中定子、转子相电压，rs、rr为定、转子绕组电阻，为αβ坐标系旋转角速度，ωr为转子电角速度，Δω=ω-ωr，p为微分算子．忽略电机内部的铁磁损耗及磁饱和等因素可以简化电机模型，在静止坐标系中以定子电流和磁链作为状态变量建立两相鼠笼式异步电机的动态数学模型，由式(6)中的数学模型[7-8]得两相异步电机在αβ静止坐标系下的表达式：电磁转矩和转子运动方程为：式中，Te、TL为电磁转矩、负载转矩；np为电机极对数；J为转子转动惯量．可以在Simulink中利用丰富的模型库建立两相鼠笼式异步电机的数学模型，将电机模型分解为独立的子模块，由式(7)(8)建立定子侧α轴电流、磁链仿真子系统如图3所示，类似地可以建立定子侧β轴电流、磁链仿真模块、转子侧α轴电流、磁链仿真模块和转子侧β轴的电流、磁链仿真模块如图4～6所示．根据两相异步电机数学模型中的电磁转矩方程式(9)(10)，可建立电机电磁转矩及转子运动仿真子系统如图7所示，图中Te为电机输出转矩，TL为负载转矩．由两相异步电机的数学模型和Simulink信号流图，可以建立两相异步电机的仿真模型如图8所示．根据图8在Simulink环境下建立两相异步电机的数学模型，选取工业小型电机作为仿真对象，参数为：功率1.1 kW，相电压220 V，频率50 Hz，极对数np=2，定子转子电阻rs=4.67 Ω，rr=4.85 Ω，定转子电感ls=lr=0.65 H，互感lm=0.63 H，转动惯量J=0.02 kg·m2．定子电压sin(ωt-π/2)，仿真结果如下．1) 空载启动，在0.5～0.6 s时间段加上6 N·m负载，定子A相电流、电磁转矩Te、转子转速ω如图9所示．空载启动时，起动过程冲击电流较大，幅值可达额定值的4倍，电机转速在0.3 s左右上升到额定值，0.5～0.6 s加上负载时电机转速开始下降，电磁转矩迅速上升，具备很强的转矩跟踪能力，负载波动造成的影响能很快消除，转速下降幅度很小，并能很快恢复到稳定值．这主要是由于电机具备较大的惯性，稳定运行时态已存储一定的电磁能和机械能，因此负载突变造成的影响不明显．2)电机带负载启动，负载转矩为6 N·m，a相电流、电磁转矩Te、转子转速ω仿真结果如图10所示．带负载启动时电机冲击电流比较大，和空载启动时相比电流持续时间和转速上升到稳定值的时间都相对有所延长，大概需要0.4 s左右，有转矩扰动时，两相异步电机只需0.2 s左右就能达到新的稳态．在启动转矩波动及稳定性方面有很大提升．仿真结果验证了模型的有效性，由于两相异步电机的定子磁链轨迹接近圆形，启动转矩大，转速上升快，消除了单相异步电机中脉动磁场缺陷而导致的较大幅度的转矩脉动，运行更加平稳，理论上稳态运行可以保证机械转矩恒定；同时两相结构和单相相比，具有较大的空间利用率，可以获得更大的功率密度，因此可以获得较强的带载能力，带负载启动时，电流和转矩脉动较小；稳态运行时，抗干扰能力也很强．目前单相异步电机的控制主要通过控制电磁转矩和磁链来实现，将转矩和磁链经坐标变换后等效为直流电机进行控制．由于主副绕组匝数的不对称性，磁链矢量不能以固定幅值旋转，使电机内部磁场为椭圆型磁场而非圆形磁场，因此单相异步电机运行中转矩脉动较大．而采用两相模型的异步电机系统，很好地消除了磁场脉振、转矩脉动过大等问题，由数学模型可知两相结构内部磁场为圆形磁场，稳态运行没有转矩脉动，采用两相结构的电机模型具有良好的运行稳态性能，控制精度高，实用性较好．介绍了两相异步电机矢量变换的数学模型，并在Simulink环境下建立了电机的数学模型并完成了仿真分析，采用该两相异步电机的仿真模型，可以十分便捷地对两相电机的启动性能进行了分析和仿真，得出该交流电机的转矩、转速等运行曲线，波形符合理论分析．仿真结果表明两相异步电机具有较好的静态、动态性能，同时两相异步电机驱动系统可由变频器直接产生对称两相电压，直接驱动两相绕组，采用对称绕组的两相异步电机和三相异步电机相比，结构相对简单，却能够获得和三相异步电机相近的动态性能．两相异步电机可以克服单相电机转矩脉动的情况，在功率较大的情况下有明显的优势，可应用在空调、水泵等设备上，能在满足性能要求的前提下降低系统成本．【相关文献】[1] 傅海涛,杨长安．两相异步电机的动态特性仿真[J]．中小型电机，2005，32(4)：10-13．[2] 辜承林.机电动力系统分析[M]．武汉：华中科技大学出版社，1998．[3] 顾德英，季正东，张平．基于Simulink的异步电机的建模与仿真[J]．电力系统及其自动化学报，2003，15(2)：71-73．[4] Yu X，Dunnigan M W，Williams B W．A novel rotor resistance identification method for an indirect rotor flux orientated controlled induction machine system[J]． IEEE. Transactions on Power Electronics，2002，17(3)：353-364．[5] Avdiu N Z． Modeling of the induction motor with two sets of three phase windings in the stator and squirrel cage rotor. IECON 2012-38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society[J]． IEEE Conference Publications, 2012 , 1900-1907．[6] 杨祖泉，姚绪梁，舒小芳．异步电动机直接转矩控制系统的仿真研究[J]．电机与控制学报，2004,8(4)：329-332．[7] 周力求，等．基于MATLAB/SIMULINK的异步电动机建模与仿真[J]．电机电器技术，2003(4)：32-35．[8] Jezernik K． Robust Induction Motor Control for Electric Vehicles. Advanced Motion Control[C]． Tsu-City, Japan：1996. AMC '96-MIE. Proceedings．。

【关键字】设计毕业论文（设计）2010届电气工程及其自动化专业班级题目两相混合式步进电动机驱动控制系统设计姓名学号指导教师职称二О一二年五月二十五日摘要本文源于解决步进电动机的失步问题。

论文在了解步进电动机的特点及工作原理的基础上，重点研究两相步进电动机的单片机控制技术。

根据两相混合式步进电动机的驱动控制特点，本文采用了双极性驱动方式，通过脉冲分配合理控制绕组中的电流保证步进电动机内部合成磁场的幅值恒定，合成磁场的角度均匀，并在此基础上设计了一种两相混合式步进电动机驱动器。

该驱动器以单片机8098为控制核心，选用PBL3717、H桥驱动器件等构成驱动电路，论文从驱动技术方案、硬件电路、控制软件设计方面进行了详细地描述。

在反馈检测电路设计时，采用光电编码器来进行步进电动机的转速。

通过8279扩展键盘显示电路来显示电动机的转速和给定速度；另外利用ISD1420语音芯片实现语音报速功能。

最后对所设计的两相混合式步进电动机驱动器进行了性能测试分析，结果表明：该驱动器达到了系统设计前所提出的各项指标。

系统运行安全、可靠、稳定。

整个系统电路简单实用、性能优良、通用性强。

设计原则适用于各种步进电动机，有一定的实用价值。

关键词：2相混合式步进电动机，非线性动态模型，单片机，细分控制AbstractThis dissertation is about a fundamental research that solve the problem of desynchronizing, Based on the characteristics and the work principle of stepping motor, the paper emphasizes the control technology of stepping motor which controlled by the 8098 SCM.According to the character, the paper uses dual bridge driving control technology. Through analyzing and establishing the subdivision model, this paper controls the winding current reasonably, and guarantees constant magnetic field value, even angle.A new driver for 2-phase stepping motor is designed.The driver takes single chip 8098 as the control core, selects BPL3717 and H-bridge as the driver circuit. The paper discusses the technology of driver, the hardware and software designing in detail .In order to design the feedback of the current and speed of 2-phase hybrid stepping motor, using speed monitor to detect the speed of stepping motor. At the same time, using key- board to input the speed and output by LED, which is taken by chip 8279.In the other way, we use pronunciation chip ISD1420 to report the current steep.At last, a whole test for driver is made. The experiment result indicates that this driver reaches the qualities required. The system runs smoothly and safety. The circuit is simple, and has a good performance. The design principle fits many kinds of stepping motor, and has a good practical value.Key Words: 2-phase hybrid stepping motor, Nonlinear dynamic model Single chip，Subdivision control目录绪论 (1)1.1课题研究背景及主要内容............... 错误!未定义书签。

摘要步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电元件,具有易于开环控制、无积累误差等优点，因此广泛应用于工业、办公自动化等领域。

本文以两相混合式步进电机作为研究对象，分析了步进电机的工作原理并建立了步进电机的数学模型。

在控制器的选择方面，本文综合考虑了不同控制器的优缺点。

由于单片机技术成熟，并且编程简单，价格低廉；FPGA 性能优越，集成度高，并且无需A/D转换芯片，最终采用单片机和FPGA作为控制芯片。

单片机主要实现了步进电机调速控制、转向以及细分数的设定，而FPGA主要实现了对步进电机的细分驱动。

最后，本文给出了设计的最终方案。

本设计结合了简单廉价的单片机和高性能的FPGA，在很大程度上提高了步进电机的低频和高频性能，有很高的实用价值。

关键词步进电机FPGA 单片机AbstractStepping motor is a kind of mechanical electronic components driving electric pulse signal into corresponding angular displacement or line displacement. Because of having the advantage of easy to open-loop control and no accumulated error, etc., stepping motor is widely applied to the industry, office automation, etc. This paper is based on the two-phase hybrid stepping motor, analyses the working principle of stepping motor and establishes the mathematical model of stepping motor. In the choice of controller, this paper considers the advantages and disadvantages of different controller synthetically. The technology of MCU is mature, the program is easy, and the price is cheap; FPGA has superior performance, high integration level, and no A/D transformation chip. So finally I picks the MCU and FPGA as the control chip. MCU mainly realizes the stepping motor speed regulation control, steering and subdividing number settings, while FPGA mainly realizes the subdivision drive of stepping motor. Finally, this paper gives the final design of the project. This design combined the simple and inexpensive MCU with the high performance FPGA, and improved the low frequency and high frequency performance of stepping motor. It has high practical value.Key words Stepping motor FPGA Chip microcomputer目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1步进电机研究背景 (1)1.2 步进电机发展现状 (1)1.3 设计目的 (2)1.4 设计意义 (3)1.5 论文内容 (4)第2章两相混合式步进电机 (4)2.1 两相混合式步进电机简介 (4)2.2 混合式步进电机的技术指标 (4)2.2.1 静态参数 (5)2.2.2 动态参数 (5)2.3 两相混合式步进电机结构及原理 (6)2.4 两相混合式步进电机的数学模型 (8)2.4.1 电感和磁链的推导 (8)2.4.2转矩与运动方程的建立 (14)2.5 本章小结 (15)第3章整体设计方案 (16)3.1 控制器的选择 (16)3.2单片机控制电路设计 (18)3.2.1单片机选型 (18)3.2.2 时钟电路设计 (19)3.2.3 复位电路 (20)3.3 FPGA细分驱动电路 (21)3.3.1 FPGA选型 (21)3.3.2 VHDL语言介绍 (22)3.3.3 VHDL语言设计过程 (23)3.3.4 Quartus II软件 (23)3.3.5 细分驱动电路设计 (24)3.4 本章小结 (30)第4章软硬件设计 (31)4.1硬件设计 (31)4.1.1 硬件设计注意事项 (31)4.1.2 PCB板设计 (31)4.2 软件设计 (34)4.2.1 单片机部分软件结构 (34)4.2.2 FPGA部分软件结构 (36)4.3 本章小结 (37)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)第1章绪论1.1 步进电机研究背景步进电机是一种感应电机，它可以将电脉冲转化为角位移的执行机构。

步进电机细分控制原理及仿真分析双相四线步进电机0.9度步进电机，定子8槽，转子为永磁体。

两端N、S极各100齿错开。

步进电机简要理论轮流对AB相通电，电机转子定向转动。

A相磁通链：ΦA= ΦMAX×cos(Ntθm)ΦMAX为磁通链最大值；为转子变位角。

转矩为磁通链对于角度的导数和电流值的乘积。

单相转矩：TA = -KT×i×sin(Ntθm)= -KT×i×sinθe对AB相电流分别为i×cosα，i×sinα因为各齿相邻，最终计算得合转矩为：KT×i×cos（α－θe）。

对α－θe趋于0，合力矩为i×KT。

近似恒定值。

步进电机脉冲控制原理传统的步进电机脉冲控制是用一对相位差90度的方波来驱动步进电机的A、B相线圈电流，以达到定向转动的目的。

以A相线圈通电超前B相90度时，方向为正。

当线圈B相超前A相90度通电时，电机反方向转。

控制两相线圈导通脉冲的相位就能控制步进电机的转向。

每1/4周期电机行进一个步进角0.9度。

通过控制脉冲的频率就可以控制电机的转速。

步进电机细分控制原理细分控制方法是通过精确控制步进电机的A、B相电流，分别按照正余弦曲线变化。

这样产生的合力矩大小恒定，径向分力极小。

将1个步进角（即0.9度）分成128个微步，通过控制两相电流，可以停到其中任一个微步的位置上。

图2为正向时A、B相线圈的电流波形示意图。

以X点为例，A、B相分别通以电流Ixa、Ixb时，两相线圈合力使转子可以稳定停在X点上。

由于电机不是跳跃转动，相对传统控制方案，只需要较小的转矩就可以实现不丢步启动。

因为要精确控制两相线圈的电流，而且电流需要换向，即存在正负两种电流，所以硬件电路设计和控制算法都比较复杂。

步进电机控制原理A3988电机驱动芯片内部框图1） PHASE1/2/3/4分别控制1/2/3/4线圈电流的方向。

双三相感应电机仿真建模新方法双三相感应电机电力系统模块库线性变压器仿真1引言随着电力电子技术的发展，通过电力变换器可以做到摆脱三相电网的束缚，这就为多相电机调速系统的发展提供了可能。

多相电机系统与传统的三相电机系统相比，具有许多突出的优势[1]。

譬如，可以采用低压功率器件实现大功率；电机的转矩脉动减小，多相冗余使系统整体的可靠性得到提高。

这些优势使多相电机在一些对系统的效率以及电机气隙磁密波形有更高要求的场合，如船舶的电力推进系统、电动汽车的电气传动系统等领域可以得到很好的应用。

六相感应电机调速系统是多相电机系统最具代表性的结构，而其中的双Y移30°的双三相感应电机能有效消除基波电流产生的5、7次等高次谐波磁动势，以及5、7次谐波电流产生的基波磁动势[5]。

而且，该种电机可以通过将普通的三相鼠笼电机的定子绕组重新绕制而成，是初步进行多相电机系统研究的很好的切入点，很有研究价值。

本文将选用此种电机进行仿真讨论。

双三相感应电机是一个多变量耦合的非线性系统[2]，建立一个准确有效的仿真模型是研究其动静态特性及其控制的关键技术。

通常的做法是在Matlab/Simulink中进行建模仿真实验。

近年来，已有很多文献应用Matlab/ Simulink对双三相感应电机进行了建模仿真，但大多对电机的构建采用的是S函数或者纯信号流的构建方式。

文献[3]利用ODE SOLVER将双三相感应电机数学模型编成M文件，调用MATLAB的绘图命令，得到电机的特性曲线；文献[4]使用常规Simulink 模块搭建异步电动机的仿真模型，利用开关函数实现电机功能，电机模型完全由信号流构成。

这些方法可以实现对双三相感应电机的仿真实验，但仍存在一些问题，如完全的信号流仿真并不能很好的反映实际电气连接；Matlab7.0及其以上版本中，所构建的信号流电机模型无法与电压源，逆变器等电气模块进行直接相连。

本文运用了一种通过线性变压器和受控电流源与Simulink基本模块相结合构建双三相感应电机模型的新方法，得到的电机模型可以作为电力系统模型库中的一个元件，做到与电力电子器件等电力元件直接相连。

物理与电子信息工程学院电子系统设计实验报告实验名称：步进电机控制系统班级：学号：姓名：同组者：一、实验目的：1、掌握步进电机工作原理，设计步进电机驱动电路；2、了解步进电动机环型分配器和驱动电路功能；3、掌握硬件电路调试的基本方法、步骤；4、培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。

5、培养学生对电子系统的软硬件协同设计能力；6、掌握系统电路设计报告的一般书写格式和方法。

二、实验要求：任务一：1.根据步进电机工作原理设计硬件驱动电路；2.设计出原理图并进行焊接调试；3.用单片机最小系统进行步进电机控制程序的初步设计，通过LED指示灯模拟实现步进电机环型分配器功能。

任务二：1.用示波器观察驱动信号，实现软件控制；2.通过软件编程实现对步进电机的多种控制功能，如启停、工作方式设定、正反转控制等。

任务三:1.能够驱动步进电动机转动，控制启停；2.能够通过按键使步进电动机正转和反转；3.通过按键控制步进电动机速度的增减；4.通过按键设置步进电机工作方式5.能够用数码管显示步进电动机的速度；6.能够通过键盘精确的设定步进电动机的速度；(转/min)三、实验仪器：1、单片机实验板 1套2、电脑1台、示波器1台、焊接工具1套、万用表1台3、L298 1个，L297 1个，通用板 1块，0.5 Ω电阻2个，1K电阻1个，10K电阻2个，22K电阻1个，500K电阻3个，6引脚连接头3个，3.3nF 电容1个，103电容2个，IN5822 4个，电线若干四、实验内容：一.关于步进电动机基本工作原理：当U相通电，V、W相不通电，1、3齿与U相对齐；当V相通电，U、W相不通电，2、4齿与V相对齐；当W相通电，U、V相不通电，1、3齿与W相对齐；当通电顺序为U→V →W→U →V →…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的角度称为步距角。

电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距的位置，一个齿距所对应的角度称为齿距角（此例中齿距角为90度）当改变通电顺序时，将改变转子的转向。

新型混合步进电动机驱动系统的仿真分析摘要：新型混合式步进电动机在设计上综合了永磁式步进电动机和磁阻式两种的优点。

所以，混合式步进电动机具有比以上两种电机更多的优异性能。

新型混合式步进电动机制作上难度小，控制方便，价格低，目前已经广泛推广应用。

特别是三相混合式步进电动机性能上和性价比上都有了很大的提高，该文将通过仿真分析来介绍这种性能优良的步机电动机。

关键词：混合式步进电动机驱动转矩矢量步距角分辨率1 三相混合式步进电动机工作原理三相混合式步进电动机提高输出转矩和绕组的利用率经常采用的四种基本的逻辑通电方式如下：(1)12拍通电方式，12拍通电方式有2-3通电运行方式。

(2)6拍通电方式，6拍通电方式有2-2通电和3-3通电两种运行方式；(3)4拍通电方式，4拍通电方式有2-3通电4拍工作方式；(4)3拍通电方式，3拍通电方式又分为2-2通电和3-3通电两种。

2 三相混合式步进电动机提高分辨率的采用的措施3 三相混合式步进电动机的驱动电源的设计4 典型的步进电动机控制电路典型步进电动机控制电路一般由存储器2732、或非门DM7425、异或门DM7486、反相器7404、可编程可逆计数器SN74191和开关等元件组成。

仿真通过EWB软件或者MULTISIM软件进行验证。

为了观察波形，本仿真实训过程中使用虚拟数字逻辑分析仪，使用时双击即可观察；为了观察计数过程，还调用了数码显示器进行实时显示。

利用DM7486的四个异或门和DM7425的四个或非门一起和四个计数长度选择开关[5]—[8]组成可编程计数长度选定电路。

利用集成计数器SN74191组成可编程可逆计数器。

步进电动机的工作方式选择电路由地址开关[1]—[4]组成。

在存储器2732地址区域内，采用低位地址作为每一个逻辑通电状态的偏移地址；采用高位地址作为三相混合式步进电动机工作方式选择；通常由开关[M]控制计数器的5管脚来实现控制存储器2732的地址增减顺序决定了步进电动机的运行方向。

新型两相TFPM两种控制方式的建模与仿真研究崔田田;史仪凯;苏士斌;韩康;马艳【摘要】横向磁场永磁电机具有高转矩密度等优点，但其转矩脉动严重地影响了输出转矩特性。

提出一种改进的直接转矩控制方法，通过增加电压矢量数量及磁链区域的进一步细分，并重新设计开关表，改变定子磁链和转矩的估测模型及磁链角的获取，使开关频率增加，模型更加精确，转矩脉动减小，电机得到平稳运行。

构建横向磁场永磁电机控制系统仿真模型，并与电流滞环跟踪控制进行对比分析。

研究结果表明，改进的直接转矩控制减小了转矩脉动，增加了负载转矩和转速最大值，使横向磁场永磁电机工作性能得到提升。

%Transverse flux permanent-magnet motor has the advantages of high torque density, but its torque rippleseri-ously affects the output torque characteristics. This paper proposes an improved direct torque control method. It increases the numbers of voltages vector and subdivides flux area, with redesigning switch table, changing the way of flux angle and the estimation models of stator flux and torque. So the switch frequency increases, and the model is more accurate. Finally, the motor can have a smooth operation for reducing torque ripple. It establishes the controlling system simulation model of transverse flux permanent-magnet motor, analyzes and compares with current hysteretic tracking control. The research results show that, the improved direct torque control reduces the torque ripple, and increases load torque and maximum value of speed, so that working performance of transverse flux permanent-magnet motor has been improved.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】6页(P61-65,142)【关键词】横向磁场永磁电机;直接转矩控制;电流滞环跟踪控制【作者】崔田田;史仪凯;苏士斌;韩康;马艳【作者单位】西北工业大学机电学院，西安 710072;西北工业大学机电学院，西安 710072;西北工业大学机电学院，西安 710072;西北工业大学机电学院，西安710072;西北工业大学机电学院，西安 710072【正文语种】中文【中图分类】TP391横向磁场永磁电机（Transverse Flux Permanentmagnet Motor，TFPM）存在空间三维磁场，因电路与磁路不在同一平面上而消除了传统电机槽宽和齿宽相互制约的矛盾[1]。

第41卷　第1期吉林大学学报(信息科学版)Vol.41　No.12023年1月Journal of Jilin University (Information Science Edition)Jan.2023文章编号:1671⁃5896(2023)01⁃0030⁃07两相混合步进电机的准滑动模态控制研究收稿日期:2022⁃03⁃15基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目(LH2019E016);东北石油大学引导性创新基金资助项目(2019YDL⁃10)作者简介:许爱华(1980 ),男,江苏东台人,东北石油大学副教授,主要从事故障诊断㊁信号处理㊁神经网络理论及应用研究,(Tel)86⁃137****6200(E⁃mail)dqxah@㊂许爱华,刘　浏(东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆163318)摘要:针对在两相混合式步进电机位置控制系统中采取滑模算法控制时系统抖振较大的问题,基于边界层概念对滑模控制算法进行了改进,优化了准滑动模态控制算法㊂并且在相关软件中搭建两相混合式步进电机控制仿真模型,并进行了仿真验证㊂结果表明,采用准滑动模态滑模控制比采用一般滑模控制情况下系统的抖振幅度减小50%,系统的动态性能得到了很大提升㊂关键词:两相混合式步进电机;位置控制;准滑动模态中图分类号:TP273;TM341文献标志码:AResearch on Sliding Mode Position Control of Quasi⁃Sliding Mode Based on Two⁃Phase Hybrid Stepping MotorXU Aihua,LIU Liu(School of Electric and Information Engineering,Northeastern Petroleum University,Daqing 163318,China)Abstract :In the two⁃phase hybrid stepping motor position control system,the sliding mode algorithm is adopted.However,the problem of large chattering exists.The sliding mode control algorithm based on the concept of boundary layer is improved.And the quasi⁃sliding mode sliding control algorithm is optimized.A two⁃phase hybrid stepping motor model is built in SIMULINK,and simulation verification is carried out.The results show that the use of quasi⁃sliding mode control reduces the litter amplitude of the system by 50%compared to thegeneral sliding mode control.Dynamic performance is greatly improved.Key words :two⁃phase hybrid stepping motor;quasi⁃sliding mode control;position control 0　引　言两相混合式步进电机作为步进电机中较为新型的一种电机,是由电脉冲所控制,其工作原理是将脉冲信号转变为相应的角位移或线位移,启动要求低,响应快速,电机的步距角为1.9°,从而可取得更精确的控制效果㊂目前针对步进电机的控制大多采用闭环控制,其又可分为速度环和位置环,由于笔者针对两相混合式步进电机的位置控制进行改进,因此采用位置环㊂针对位置控制,一般采用PID (Proportion Intergal Derivative)进行控制,但其具有局限性,在面对复杂的控制系统时,抗扰动性能较差㊂因此,将模糊控制[1],自适应控制以及神经网络[2]等与PID 控制相结合的控制方法应运而生㊂郭宏等[3]通过结合变结构控制与PID 控制,通过转速的限制对PI 和PD 控制进行切换,使两相混合式步进电机的控制精度得到提高㊂郭颖策等[4]通过闭环驱动对步进电机进行控制,通过位置给定模块,SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)模块,反馈模块等达到控制效果㊂吕寅新等[5]将滑模控制与常见的两相混合步进电机和伺服控制相结合,并设计8扇区SVPWM 分配方式,从而提升电机控制效果㊂刘泽旭等[6]将坐标变换,矢量控制,PI 控制相结合,搭建了一种新型两相混合步进电机矢量控制模型,从而提高了步进电机的控制效果㊂以上文献对控制算法的改进都具有一定的创新价值,但相对整个电机控制系统,PID 控制的抗扰动性能不足,坐标变换矢量控制又使系统过于复杂,会降低系统的可靠性,因此依然有一定的改进空间[7]㊂曾克俭等[8]通过改变滑模的边界层厚度,进一步削弱系统的抖振影响㊂笔者亦从边界层的角度切入,基于两相混合式步进电机的位置控制系统,对滑动模态进行改进,即将系统的运动轨迹限制在理想滑动模态的某一Δ领域内,使函数从-1平滑地过渡到+1,从而减小了系统的抖振㊂并通过仿真验证了此算法在保证步进电机位置控制系统的鲁棒性以及动态稳定性的前提下,能显著地减小系统的抖振㊂1　两相混合式步进电机的数学模型1.1　电机的数学模型根据控制系统电压方程[9]U A =r A i A +L 0-L 2cos 2θe .d i A d t -L 2sin 2θe d i B d æèçöø÷t +2L 2w e (i A sin 2θe )-K e w r sin θe ,U B =r B i B +L 0+L 2cos 2θe .d i B d t -L 2sin 2θe d i A d æèçöø÷t -L 2w e (i B sin 2θe +i A cos 2θe )+K e w r cos θe ìîíïïïï,(1) 对时间求导得出电磁转矩方程T e =Z r L 2[sin 2θe (i 2A -i 2B )-2i A i B cos 2θe ]+Z r M sr I m (-i A sin θe +i B cos θe )㊂(2) 运动方程T e =Jd w r d t+Bw r +T L ,(3)其中U A ,U B 为定子电压,i A ,i B 为定子电流,r A ,r B 为定子电阻,ω为角速度,θ为电机转动角度,Z r 为转子齿数,J 为转动惯量,B 为粘滞摩擦系数,T l 为负载转矩;L 0,L 2分别为基波和二次谐波电感的恒定分量㊂1.2　d⁃q 旋转坐标系下的数学模型[10]A ㊁B 两相定子绕组与α㊁β轴相重合,在此基础上引入逆时针旋转的d⁃q 坐标轴,d 轴与α轴的夹角为转子位置角θe ,则有i d i éëêêùûúúq =cos θe sin θe -sin θe cos θéëêêùûúúe i A i éëêêùûúúB ㊂(4) 由式(2),式(4)联立可得d⁃q 旋转坐标下的转矩方程为T e =Z r (L d -L q i d i q )+Z r M sr I m i q ㊂(5) 在式(5)中L d =L 0-L 2,L q =L 0+L 2{㊂(6) 笔者采取应用最广泛的矢量控制方法,即令i d =0,则可将式(5)简化为T e =Z r M sr I m i q ㊂(7) 由式(7)可得,电磁转矩通过解耦,仅由交轴电流i q 控制,对电机的控制可以简化为对i q 的大小和方向进行控制[11]㊂2　准滑动模态的滑模控制器的设计2.1　滑模面的选取滑模控制的核心为滑模面的选取以及控制律的设计[12],滑模面的意义在于是系统从任意一点都可13第1期许爱华,等:两相混合步进电机的准滑动模态控制研究以运动到滑模面上,并且在滑模面上运动至平衡点㊂笔者采用最常见的线性滑模,即S (x )=C (X )=cx 1+x 2㊂(8) 设θref 为位置指令信号,θ为实际位置信号,e =θref -θ为误差信号,令x 1=e ,x 2=̇x 1,u =i qìîíïïïï㊂(9) 联立式(8)与式(9)可得系统状态方程式x 1x éëêêùûúú2=01éëêêùûúú00x 1x éëêêùûúú2+0éëêêùûúú-D u ,(10)其中D =3P n φf ̇i q -2J ,P n 为极对数[13],J 为转动惯量㊂2.2　控制率的设计滑模设计中,控制有两项要求,分别是可达性与跟踪性[14]㊂可达性即系统在任意状态下都能快速地移动至滑模面,由此得到切换控制,由趋近率决定㊂而跟踪性即系统进入滑模面后能稳定地在滑模面上运动且不会脱离滑模面,由此得到等效控制㊂滑模控制有等速,幂次和指数等趋近率的选择[15],笔者选择效果较好的指数趋近率,则有̇s=c ̇x =-εsgn(s )-qs ㊂(11) 联立式(8)与式(11)得̇i q =1D ∫t 0[cx 2+εsgn(s )+qs ]㊂(12) 抖振是滑模控制固有缺陷,原理是由于滞后效应,系统无法完全进入滑膜面,而是在滑膜面上下进行抖动,从而形成了抖振,解决系统抖振问题是滑模控制必须面对的问题㊂笔者提出了一种准滑模控制的控制方法削弱抖振,即通过引入边界层的概念,以达到对滑模抖振问题进行削弱的目的㊂原理即用饱和函数sat(s )代替原使用的符号函数sgn(s ),使当系统运动到边界层附近时,使函数值不会从-1直接阶跃至+1,而是将符号函数改成一个过零点的线性饱和函数㊂图1　sat 函数与sgn 函数比较Fig.1　Comparison of sat function and sgn function 饱和函数如下:sat(s )=1,s >β,1/βs ,s ≤β,-1,s <-βìîíïïï㊂(13) 函数边界层的厚度为β,在系统尚未运动至边界层±β时,函数的值为1,而当系统运动至边界层内部时,函数变为一个过零点斜率为1β的直线㊂β值随着系统的改变而改变,在本系统中,经过笔者多次实验,当β值为3时,系统的抖振最小,如图1所示㊂2.3　稳定性分析令李雅普诺夫函数为V =1/2s 2,将等式两边对t 进行求导V =ss =s [-̇k sat ㊃(s )-εs ],(14)̇V =-ks -εs ≤0,s >β,-k /βs 2-εs 2≤0,s <β,ks -εs 2≤0,s <-βìîíïïïï㊂(15)由式(14),式(15)可知,李雅普诺夫函数函数̇V ≤0恒成立,因此整个滑模面是趋于稳定的㊂23吉林大学学报(信息科学版)第41卷3　仿真实验分析笔者于Simulink 平台搭建了两相混合式步进电机位置控制系统进行仿真,并将实验结果进行对比㊂搭建的两相混合式步进电机模型参数如表1所示㊂表1　步进电机电机参数　所示㊂图2　两相混合步进电机控制流程图Fig.2　Control flow chart of two⁃phase hybrid stepping motor 上模型包括滑模控制㊁PI 控制㊁坐标变换以及SVPWM 模块㊂位置指令信号在0时发出,在3s 时达到指定位置并保持㊂其中滑模控制模块根据式(12)整定的公式进行设计,如图3所示㊂图3　滑模控制模块Fig.3　Sliding mode control module 在仿真实验过程中,笔者对准滑动模态滑模控制与固定滑模控制在系统达到指定位置后抖振大小进行比较,以验证准滑动模态滑模控制在削弱抖振方面性能的优越性㊂表2　两种滑模控制算法性能指标对比图Tab.2　Performance comparison of two sliding mode control algorithms 算法类型电机运行环境超调量抖振幅度固定边界层空载0 1.60×10-2准滑动模态空载08.33×10-3 图4给出了准滑动模态控制与固定边界滑模控制的位置控制输出波形比较㊂从图4可看出,在系统达到稳态阶段时,准滑动模态滑模控制系统算法对削弱系统抖振有明显改善;而固定边界滑模控制系统33第1期许爱华,等:两相混合步进电机的准滑动模态控制研究图4　准滑动模态与固定边界仿真波形图Fig.4　Simulation waveforms of quasi⁃sliding mode and fixed boundary 由于滑模控制存在固有缺陷,使系统无法达到理想的稳态,总是存在抖振现象,并有一定的误差㊂准滑动模态系统的抖振在18±0.15,而固定边界滑模控制系统的抖振在18±0.3,可见,系统的抖振幅度减小了约50%,系统的控制精度得到很大提高㊂为进一步验证准滑动模态控制的性能,分别从电机的转速与转矩两个方面进行分析㊂由图5与图6可看出,电机转矩在0.9s 与2.7s左右分别出现正反锋㊂在第1个尖峰时,电机的电磁转矩达到了正向峰值,此时电机处于正向加速阶段,由于滞后效应,转速在1s 左右达到了最大值,转速保持不变,电机角度保持匀速旋转;在快到达指定位置时,电机出现反向转矩,从而使电机开始降速㊁停转并渐渐趋近于指令信号角度大小㊂转速从最大值开始回落,在3s 时刻电机转动到指定位置,转速变为0㊂在到达稳态后,转速与电磁转矩都几乎为0,可见运用准滑动模态控制算法对削弱系统的抖振具有良好的控制效果㊂ 图5　电机转速波形图 图6　电机转矩波形图 Fig.5　Motor speed waveform Fig.6　Motor torque waveform为进一步验证滑模控制对系统抗扰动性的影响,将滑模控制与PID 进行对比,在4s 时,分别对系统施加1N,5N 的正向突变转矩,观察其对两种控制的影响㊂ 图7　4s 时施加0.5N 正向突变转矩 图8　4s 时施加1N 正向突变转矩Fig.7　0.5N positive sudden change torque applied at 4s　Fig.8　1N positive sudden change torque applied at 4s 由图7,图8对比可发现,在4s 分别施加1N 和5N 的突变负载转矩时,PID 控制在4s 时会产生一个明显的抖动,而准滑动模态滑模控制由于自身属于滑模控制,良好的抗扰动性是滑模控制的固有性能,故并未产生明显波动,可见准滑动模态滑模控制保留了滑模控制良好的抗扰动性的优点,从而进一步说明了准滑动模态滑模控制控制性能的优越性㊂综上所述,准滑动模态控制算法相比固定边界滑模算法削弱抖振幅度约50%,提高了系统的抗抖振能力;在动态性能方面,准滑动模态控制在削弱抖振的前提下,与PID 控制相比较,依然保持着良好的抗扰动性能㊂43吉林大学学报(信息科学版)第41卷4　结　语基于准滑动模态控制算法,搭建了两相混合式步进电机位置控制模型,并且进行仿真,将准滑动模态控制与传统滑模控制算法和PID 分别比较其抗抖振性能与动态性能㊂实验表明,准滑动模态控制在保持良好的动态性能的前提下抗抖振性能得到了改善㊂参考文献:[1]宗涛,王直,许蓉,等.基于模糊PID 的步进电机速度控制[J].软件,2019,40(12):201⁃205.ZONG T,WANG Z,XU R,et al.Speed Control of Stepping Motor Based on Fuzzy PID [J].Software,2019,40(12):201⁃205.[2]曹红英,邢菲.基于神经网络模糊PID 的液压电梯速度控制研究[J].开封大学学报,2009(4):78⁃83.CAO H Y,XING F.Research on Speed Control of Hydraulic Elevator Based on Neural Network Fuzzy PID [J].Journal of Kaifeng University,2009(4):78⁃83.[3]郭宏,蔚永强.基于变结构PID 控制的直接驱动阀伺服控制系统[J].电工技术学报,2007(11):62⁃66,77.GUO H,WEI Y Q.Servo Control System of Direct Drive 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Control Theory and Application,2007,24(3):407⁃418.[15]陶彩霞,赵凯旋,牛青.考虑滑模抖振的永磁同步电机模糊超螺旋滑模观测器[J].电力系统保护与控制,2019,47 (23):11⁃18.TAO C X,ZHAO K X,NIU Q.Fuzzy Superhelical Sliding Mode Observer for Permanent Magnet Synchronous Motor Considering Sliding Mode Buffeting[J].Power System Protection and Control,2019,47(23):11⁃18.(责任编辑:刘东亮)。

两相混合式步进电机建模与仿真余驰;李健仁;张刚峰【期刊名称】《兵工自动化》【年(卷),期】2016(000)002【摘要】In order to improving control performance of two-phase hybrid stepping motor, its modeling was set up by one of fuzzy control parameter on-line adjusting control tactic. It was based on logical predigesting and linear disposing, combine advanced fuzzy control theory and PID control tactic were adopted, fuzzy control has better adaptability on-line adjusting control parameter was applied to PID parameter real-time adjusting. Modeling and simulation under Matlab environment was set up, simulation characteristic of general PID and fuzzy PID was analyzed. Simulation of result show, with different response an precision in two-phase hybrid stepping motor control system, fuzzy parameter on-line adjusting could be realized better technical index, it was realized fast precision control in two-phase hybrid stepping motor.%为提升两相混合式步进电机的控制性能，建立一种基于模糊控制在线参数调节控制策略的两相混合式步进电机数学模型。