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一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法

阅读:418发布:2020-05-24

专利汇可以提供一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种利用伺服 电机 实现步进电机功能的方法,其特征在于,包括以下步骤:首先,是根据所需步进电机功能的amax、J、θ和f,通过公式(1),(2),确定选用的 伺服电机 的Tmax、ωmax和fmax,且步进 频率 f应满足公式(3):Tmax=J×amax  (1)其次,选择伺服电机配合的功率 放大器 , 功率放大器 的最大驱动 电压 Umax和最大驱动 电流 Imax与所选伺服电机匹配;最后,根据输入的步距 角 θ和 步进频率 f,形成 角速度 和角 加速 度的前馈控制量,将所述前馈控制量 叠加 在速率环的输入端,使得选择伺服电机的实际步进曲线与所需步进电机的步进曲线误差最小。,下面是一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法专利的具体信息内容。

1.一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法,其特征在于,包括以下步骤:
首先,是根据所需步进电机功能的amax、J、θ和f,通过公式(1),(2),确定选用的伺服电机的Tmax、ωmax和fmax,且步进频率f应满足公式(3):
Tmax=J×amax   (1)


其中:Tmax:所需伺服电机的最大扭矩,量纲Nm;
2
J:所需步进电机转子及负载的转动惯量,量纲kg·m;
amax:所需伺服电机的最大加速度,量纲rad/s2;
θ:所需步进电机的步距角,量纲rad;
ωmax:所需伺服电机的最大角速度,量纲rad/s;
f:所需步进电机需要的步进频率,量纲Hz;
fmax:所选伺服电机能实现的最大步进频率,量纲Hz;
其次,选择伺服电机配合的功率放大器功率放大器的最大驱动电压Umax和最大驱动电流Imax与所选伺服电机匹配,
设伺服电机的矩系数为Kt,伺服电机的最大角速度为ωmax,最高转速对应的伺服电机最大电压为Umax,则所需的功率放大器的最大驱动电压为Umax,则所需的功率放大器的最大驱动电流Imax根据公式(4)确定,(4)如下:
Imax=Tmax/Kt   (4)
其中:
Imax:所需驱动器的最大电流,A;
Kt:所选电机的力矩系数,Nm/A;
Umax:所需驱动器的最大电压,V;
最后,根据输入的步距角θ和步进频率f,形成角速度 和角加速度 的前馈控制量,将所述前馈控制量叠加在速率环的输入端,使得选择伺服电机的实际步进曲线与所需步进电机的步进曲线误差最小。

说明书全文

一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法

技术领域

[0001] 本发明属于步进电机功能实现技术,具体涉及一种可实现大矩无级可调步进电机功能的新方法。

背景技术

[0002] 步进电机以其运行平稳可靠、控制直观受到越来越多的应用和重视,传统步进电机由于其原理上的特点,很难实现大力矩和速度无级可调的功能,因此,充分利用伺服电机系统的高动态特性,设计专用的控制结构和信号生成形式可实现步进电机功能且适应范围更广。
[0003] 传统步进电机应用上的主要缺点有三点:一是步进电机的驱动力矩难以做的较高,二是一旦步进电机制造出来,其步距是确定的,即使增加细分功能后,也只能是原步距角的整数倍,不能实现无级调速功能,三是在速度较高时,若出现丢步,由于其开环特性,自身难以检测到,因此容易形成运动误差。

发明内容

[0004] 本发明的作用是:利用在前馈控制结构控制下伺服电机的高动态特性,设计控制结构和信号生成机制实现大力矩无级调速步进功能,克服现有步进电机在特殊步进应用中的缺点。
[0005] 本发明的技术实施步骤:
[0006] 一种利用伺服电机实现步进电机功能的方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0007] 首先,是根据所需步进电机功能的amax、J、θ和f,通过公式(1),(2),确定选用的伺服电机的Tmax、ωmax和fmax,且步进频率f应满足公式(3)。
[0008] Tmax=J×amax   (1)
[0009]
[0010]
[0011] 其中:Tmax:所需伺服电机的最大扭矩,量纲Nm;
[0012] J:所需步进电机转子及负载的转动惯量,量纲kg·m2;
[0013] amax:所需伺服电机的最大角加速度,量纲rad/s2;
[0014] θ:所需步进电机的步距角,量纲rad;
[0015] ωmax:所需伺服电机的最大角速度,量纲rad/s;
[0016] f:所需步进电机需要的步进频率,量纲Hz;
[0017] fmax:所选伺服电机能实现的最大步进频率,量纲Hz;
[0018] 其次,选择伺服电机配合的功率放大器功率放大器的最大驱动电压Umax和最大驱动电流Imax与所选伺服电机匹配,
[0019] 设伺服电机的力矩系数为Kt,伺服电机的最大角速度为ωmax,最高转速对应的伺服电机最大电压为Umax则所需的功率放大器的最大驱动电压为Umax,则所需的功率放大器的最大驱动电流Imax根据公式(4)确定,(4)如下:
[0020] Imax=Tmax/Kt   (4)
[0021] 其中:
[0022] Imax:所需驱动器的最大电流,A;
[0023] Kt:所选电机的力矩系数,Nm/A;
[0024] Umax:所需驱动器的最大电压,V;
[0025] 最后,根据输入的步距角θ和步进频率f,形成角速度 和角加速度 的前馈控制量,将所述前馈控制量叠加在速率环的输入端,使得选择伺服电机的实际步进曲线与所需步进电机的步进曲线误差最小。附图说明
[0026] 图1为本发明的原理示意图;
[0027] 图2控制系统原理框图

具体实施方式

[0028] 首先,是根据所需步进功能的最大角加速度amax、转动惯量J、步进角度θ和步进频率f,确定伺服电机的最大扭矩Tmax、最大角速度ωmax和能实现的最大步进频率fmax。计算公式如公式(1),(2)所示,且步进频率应满足公式(3)。
[0029] Tmax=J×amax   (1)
[0030]
[0031]
[0032] 算例:设步进电机需要的最大角加速度为10000°/s2,电机转子和负载的转动惯量为1kgm2,最大步进角度为1°,步进频率要求为40Hz,则所需最大扭矩为F=Ja=10000/57.3*1=174.5Nm;最大速度 然后验证完成该最大步
进角度所需要的时间,以满足步进频率的要求, 则fmax=50Hz,
满足频率的要求。
[0033] 其次,选择与伺服电机配合的功率放大器,功率放大器的最大驱动电压Umax和最大驱动电流Imax与所选伺服电机匹配。
[0034] 设伺服电机的力矩系数为Kt,伺服电机的最大角速度为ωmax,最高转速对应的伺服电机最大电压为Umax,则所需的功率放大器的最大驱动电压为Umax,则所需的功率放大器的最大驱动电流Imax根据公式(4)确定,(4)如下:
[0035] Imax=Tmax/Kt   (4)
[0036] 算例:设电机的力矩系数为Kt=10Nm/A,最高转速为ωmax=200°/s,最高转速对应的最大电压为Umax=100V。则最大驱动电流为Imax=Tmax/Kt=174.5/10=17.45A,最大驱动电压为Umax=100V,即选用驱动电压100V,驱动电流17.45A的驱动器是可以满足要求的。
[0037] 最后,参阅图2,根据输入的步距角θ和步进频率f,形成角速度 和角加速度 的前馈控制量,将所述前馈控制量叠加在速率环的输入端,使得选择伺服电机的实际步进曲线与所需步进电机的步进曲线误差最小。
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