二相混合式步進(jìn)電機(jī)的高性能驅(qū)動(dòng)器研究

如圖7陰影部分所示，電機(jī)高頻運(yùn)行時(shí)，為使電機(jī)繞組在短時(shí)間內(nèi)仍能獲得足夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的能量，在原先設(shè)定的電流波形的基礎(chǔ)上額外增加供給電流，補(bǔ)償減少的部分，提高相應(yīng)的牽出轉(zhuǎn)矩。低頻時(shí)，為防止電流過剩，導(dǎo)致低頻振蕩，實(shí)時(shí)減少電流供給，如圖8陰影部分所示。

保證電流的有效補(bǔ)給，f與u的變化呈現(xiàn)一個(gè)非線性關(guān)系模型，并與Logistic生物增長模型近似逼近。邏輯斯諦是一類非線性回歸模型，提出這個(gè)模型的初衷是為了解釋新物種在生態(tài)系統(tǒng)的增長變化趨勢(shì)。當(dāng)一個(gè)物種遷徙到一個(gè)陌生的生態(tài)系統(tǒng)，而且該物種的起始總數(shù)量小于新的生態(tài)系統(tǒng)的最大容納量，則數(shù)量會(huì)增長，增長趨勢(shì)滿足邏輯斯諦方程。Logistic模型表達(dá)式為

式中x是自變量，y是x的函數(shù)，a、β、k是待定的常數(shù)。
物種到達(dá)一個(gè)新環(huán)境后的增長趨勢(shì)如圖9所示。從最初的起始值增長至平衡值，即式(7)中的常數(shù)a；β決定初始值的大小，β大于0時(shí)起始值落于最大值的下方，等于0時(shí)y為一條直線，小于0時(shí)起始值大于最大值a；而k是增長快慢的常數(shù)，k越大增長速度越快，且k只能為正數(shù)。

電機(jī)的繞組電壓與頻率的最佳曲線關(guān)系如圖10所示。
由此得出電壓和頻率的驅(qū)動(dòng)方程。

式中f為頻率，u為電壓，a、b和c為驅(qū)動(dòng)系數(shù)，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)。在f的增大過程中，u的變化趨勢(shì)是先緩慢，再急劇，最后慢慢趨近于a，即設(shè)定的最大驅(qū)動(dòng)電壓值。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論
電機(jī)選用無錫三拓二相混合式步進(jìn)電機(jī)57HS5125A4，額定電流2．5 A，最高起動(dòng)頻率約為200 Hz，步距角1．8°。若PWM最終信號(hào)頻率設(shè)置為500 Hz，則f=0．8×500 Hz=400 Hz。在加速至400 Hz時(shí)采用臺(tái)階緩慢升速；減速過程由20％余量的臺(tái)階實(shí)現(xiàn)。選取合適的b值可以確定加速時(shí)間，b取0．05，加速時(shí)間約為0．3 s，減速時(shí)間為0．05 s，加速不失步，上升快而穩(wěn)，是一種比較合適的升速曲線；減速?zèng)]有過沖現(xiàn)象。二者形成最佳升降速控制曲線。
該設(shè)計(jì)方案已做成實(shí)物并在使用之中，測(cè)得某一相繞組電壓和頻率之間的波形變化關(guān)系，如圖11所示。頻率和電壓采用邏輯斯諦模型電壓控制方式，繞組脈沖信號(hào)的頻率越高，供電電壓也越來越高，電流實(shí)時(shí)補(bǔ)償，波形毛刺較小，驗(yàn)證了本方案的正確性。

經(jīng)過測(cè)試及長時(shí)間使用證明，該驅(qū)動(dòng)器具有低頻穩(wěn)定、高速有轉(zhuǎn)矩、適用范圍廣、工作可靠和矩頻特性較好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已投入實(shí)際使用。