两相混合式步进电机失步判别方法与流程

本发明涉及一种两相混合式步进电机失步判别方法。

背景技术：

低成本步进电机伺服系统一般采用开环控制，但由于步进电机的最大输出转矩随速度升高而下降，开环控制工况下响应能力和抗负载波动的能力差，中高速阶段速度脉动加大、振荡等问题。运行过程中如果存在负载突变、过大以及运动速度规划曲线不合理，都将导致步进电机失步。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种两相混合式步进电机失步判别方法，能够提高低成本步进电机伺服系统安全性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种两相混合式步进电机失步判别方法，采用两相正余弦电流跟踪开环控制，将两相电压和电流作为输入信号，通过非线性观测器观察两相步进电机转子电角度位置，而后对转子电角度位置差分得出转子速度估计值，并与给定速度信号计算两者相对误差，若相对误差超过设定的阈值，则判别出该两相步进电机开环控制失步，关闭电机驱动。

在本发明一实施例中，该方法具体实现方式如下：

两相混合式步进电机ab相的数学模型为

式中：r、l为步进电机电阻、电感；ia、ib、ua、ub为ab相电流电压；p为微分算子，θ为步进电机转子电角度，ωe为步进电机转子电角度、ψf为步进电机磁链；

假设变量为

相对应的观测变量为

根据上位机给定的电机两相电流幅值imax和电机要求的运行速度ω，确定步进电机开环控制两相正余弦电流给定信号；

而后，执行如下步骤：

s1、根据运行速度ω和步进电机运行电流设定幅值，其中步进电机转子位置θ(k)＝∫ω(k)，确定a轴给定的电流信号ia(k)＝imaxsin(θ(k))、b轴给定的电流信号ib(k)＝imaxcos(θ(k))和电流流环控制周期t、电流控制器参数，初始化转子位置观测变量观测变量

s2、将两相电流采集值和电压输出值代入

计算变量y的导数

s3、将变量y的导数观测变量ab轴电流iab(k)代入

计算式中γ＞0为观测器收敛系数；

s4、根据计算代入式计算得出

s5、通过和象限判别，求出转子位置估计值；

s6、根据转子位置估计值的差分求取电机速度估计值代入该值超过预先设置的固定阈值，即该控制周期步进电机失步。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明针将两相电压输出和两相实际电流为输入信号，通过观测器计算两相步进电机转子电角度位置，对该转子电角度位置差分得出转子速度估计值，与给定速度信号计算两者相对误差，相对误差超过设定的阈值，则判别出该两相步进电机开环控制失步。该方法能实时正确判别步进电机开环控制系统在负载突变、过大以及运动速度规划曲线不合理工况下电机失步现象，算法计算简单，适于工程应用。

附图说明

图1为本发明两相混合式步进电机失步判别方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明提供了一种两相混合式步进电机失步判别方法，采用两相正余弦电流跟踪开环控制，将两相电压和电流作为输入信号，通过非线性观测器观察两相步进电机转子电角度位置，而后对转子电角度位置差分得出转子速度估计值，并与给定速度信号计算两者相对误差，若相对误差超过设定的阈值，则判别出该两相步进电机开环控制失步，关闭电机驱动；该方法具体实现方式如下：

两相混合式步进电机ab相的数学模型为

式中：r、l为步进电机电阻、电感；ia、ib、ua、ub为ab相电流电压；p为微分算子，θ为步进电机转子电角度，ωe为步进电机转子电角度、ψf为步进电机磁链；

假设变量为

相对应的观测变量为

根据上位机给定的电机两相电流幅值imax和电机要求的运行速度ω，确定步进电机开环控制两相正余弦电流给定信号；

而后，执行如下步骤：

s1、根据运行速度ω和步进电机运行电流设定幅值，其中步进电机转子位置θ(k)＝∫ω(k)，确定a轴给定的电流信号ia(k)＝imaxsin(θ(k))、b轴给定的电流信号ib(k)＝imaxcos(θ(k))和电流流环控制周期t、电流控制器参数，初始化转子位置观测变量观测变量

s2、将两相电流采集值和电压输出值代入

计算变量y的导数

s3、将变量y的导数观测变量ab轴电流iab(k)代入

计算式中γ＞0为观测器收敛系数；

s4、根据计算代入式计算得出

s5、通过和象限判别，求出转子位置估计值；

s6、根据转子位置估计值的差分求取电机速度估计值代入该值超过预先设置的固定阈值，即该控制周期步进电机失步。

本发明步进电机失步判别算法实时估计转子位置，在一个控制周期内根据位置估计值的差分求取电机速度估计值，与给定速度进行相比，超过阈值，即判别步进电机失步。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。