基于误差补偿的步进电机矢量控制系统研究

摘要

混合式步进电机广泛应用于数控车床、工业控制行业。在满足控制精度的前提下，控制系统具有可开环控制、无位置传感器、控制简单等特点。保持原有控制系统的前提下，如何进一步提高步进电机的运行精度，成为了目前的研究热点。由此，文章提出了一种基于稳态位置误差（SSPE）补偿的控制算法，并结合混合式步进电机的电压空间矢量控制算法，实现对混合式步进电机的控制。文章主要内容如下：
　　1）剖析了三相混合式步进电机的种类与结构特性，并结合其数学模型，推导出了步进电机的稳态位置误差角计算公式。
　　2）参照永磁同步电机的建模过程，建立了混合式步进电机的数学模型。并介绍了电压空间矢量控制算法的数字化实现方法。同时，通过系统仿真，验证了方案的可行性。
　　3）在仿真的基础上，设计了以 DSP-TMS320F28335为主处理器的控制系统硬件试验平台，其中包括了基于 TOP225Y的开关电源、驱动信号转换电路、电流检测电路、以及功率模块电路等。设计并介绍了控制系统的软件架构，这部分包括了主函数、ADC中断函数的流程图。
　　文章最后分析了整个控制系统的实验与调试结果，并验证了控制方案的正确性，实现了本课题所设计的控制系统的稳定与可靠的运行。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 步进电机控制策略研究现状

1.3 课题研究内容与结构安排

第2章 步进电机原理及误差补偿分析

2.1 步进电机原理

2.2 步进电机控制系统位置误差分析

2.3 误差补偿算法研究现状

2.4 方案选择

2.5 本章总结

第3章 步进电机的SSPE误差与矢量控制原理

3.1 坐标变换

3.2 步进电机的数学模型

3.3 SVPWM脉宽调制技术

3.4 系统的MATLAB仿真对比

3.5 本章小结

第4章 系统的硬件与软件设计

4.1 系统硬件设计

4.2 系统软件设计

4.3 本章小结

第5章 实验结果分析

5.1 实验平台

5.2 开关电源实验结果分析

5.3 矢量控制的实验结果分析

5.4 定子电流的实验结果分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果