五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機走步均勻性分析

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式中N—每相繞組的串聯(lián)匝數；NI—每相繞組的磁動(dòng)勢；Z2—轉子的齒數；θ—矩角；Ad—直軸磁導；Aq—交軸磁導。
　　電磁轉矩最大值Tmax與每相繞組磁動(dòng)勢(或相電流)的平方成正比，所以步進(jìn)電動(dòng)機屬于對繞組電流十分敏感的傳動(dòng)電動(dòng)機。

　　主電路如圖1示，下橋臂電流恒定值固定為相繞組額定電流的兩倍2I。以半步運行為例，4-5勵磁的20種通電狀態(tài)中4相勵磁與5相勵磁交替進(jìn)行，根據環(huán)分控制邏輯不難分析，主電路穩態(tài)等值電路基本結構為4拍一循環(huán)，所以單步響應特性也是4拍一循環(huán)?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機的驅動(dòng)控制主要體現為對轉矩矢量的控制，而繞組電流又直接與轉矩相關(guān)。以一相繞組通以額定電流I產(chǎn)生的定位轉矩T為基準，首先分析相鄰4拍 繞組電流及其相應派生定位轉矩矢量的變化規律。
　　
　　派生定位轉矩矢量為：
　　
　　派生定位轉矩矢量為
　　
　　派生定位轉矩矢量為
　　?
　　
　　從以上分析可以看出：派生定位轉矩矢量變化不均勻，表現在大小上不一樣，轉矩波動(dòng)相當明顯，最大值是最小值的2.15倍；相位變化也不均勻，5相勵磁產(chǎn)生了附加步距誤差。這些因素反映在步進(jìn)電動(dòng)機低頻運行時(shí)，走步有明顯的“強”“弱”或“重”“輕”，加劇了電機的低頻震蕩，這對低速工作是不利的，另外步矩角的不均勻也影響到系統的脈沖當量。

　　若改下橋臂恒流斬波的電流恒定值隨繞組勵磁狀態(tài)變化，可以改善定位轉矩矢量變化的均勻性。具體分析如下。
　
　　條件：B相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為2I；D相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為1.5I。各相繞組電
　　
　
　　條件：D相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為2I；B相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為1.5I。各相繞組電
　　
　　條件：D相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為2I；A、E相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為I；各相繞組電
　　
　　由以上分析不難看出，派生定位轉矩矢量變化的均勻性得到較大改善，轉矩波動(dòng)相當小，最大值僅是最小值的1.11倍，且無(wú)附加步距誤差。

　　按照改進(jìn)方案，每相下橋臂恒流斬波的電流恒定值隨繞組勵磁狀態(tài)變化，在下橋臂開(kāi)通時(shí)根據勵磁狀態(tài)不同有I、1.5I和2I三種取值，電路如圖3，通過(guò)開(kāi)關(guān)切換改變電阻分壓值得到所要求的電流設定值。模擬開(kāi)關(guān)k1a和k2a可采用CD4066集成電路實(shí)現。

　　
　　由式(1)可確定電阻R?0和R?1的阻值。
　　k1ak2a=10時(shí)，比較器U“+”端門(mén)限值為
　　
　　由上式可確定電阻R3的阻值。
　　表1為整個(gè)五相電流控制開(kāi)關(guān)與環(huán)分信號對應的開(kāi)關(guān)真值表。某相下橋臂未開(kāi)通時(shí)，表中的邏輯值為隨意值。開(kāi)關(guān)真值表可結合環(huán)分信號用EPROM或CPLD等器件來(lái)實(shí)現。