本文關(guān)鍵詞：基于卡爾曼濾波的步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：永磁式步進(jìn)電機(jī)作為一種數(shù)字控制電動(dòng)機(jī),由于存在失步、步距角大,控制精度低等問(wèn)題,大多應(yīng)用在一些精度和穩(wěn)定性要求不高的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中�；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)步距角小,精度較高,然而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,限制了它的應(yīng)用范圍。因此,改進(jìn)永磁式步進(jìn)電機(jī)的性能,既提高了步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定性,又在一定程度上補(bǔ)償混合式步進(jìn)電機(jī)的成本問(wèn)題。改善永磁式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)性能的研究中,如何保證電機(jī)不發(fā)生失步至關(guān)重要。檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度和位置的傳統(tǒng)方法多采用機(jī)械傳感器,但存在電路設(shè)計(jì)復(fù)雜,易受環(huán)境干擾等缺點(diǎn)。為此本文研究和設(shè)計(jì)了基于卡爾曼濾波的步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng),進(jìn)一步克服這些問(wèn)題。具體工作如下:(1)建立了二相永磁式步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,將非線性系統(tǒng)近似線性化,搭建了α-β坐標(biāo)系下永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展卡爾曼濾波模型,完成了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的無(wú)位置傳感器控制方法設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)永磁式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度和位置的觀測(cè)。(2)以PIC16F877為控制核心,采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)的方式,結(jié)合無(wú)位置傳感器控制技術(shù),對(duì)永磁式步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)方案,解決了永磁步進(jìn)電機(jī)低頻振蕩、控制精度低、步距角大的問(wèn)題,提高了電機(jī)的系統(tǒng)性能。(3)在MATLAB/Simulink環(huán)境下,建立了二相永磁式步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)的仿真模型,對(duì)步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明了基于卡爾曼濾波的步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)的優(yōu)良特性,達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：永磁式步進(jìn)電機(jī) 擴(kuò)展卡爾曼濾波 無(wú)位置傳感器技術(shù) 細(xì)分驅(qū)動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM383.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-12
• 1.1 課題的背景8
• 1.2 無(wú)位置傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀8-9
• 1.3 課題研究的目的和意義9-10
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容和工作10-12
• 第2章 永磁式步進(jìn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型搭建12-24
• 2.1 步進(jìn)電機(jī)的概述12-18
• 2.1.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理及工作方式12-17
• 2.1.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)17
• 2.1.3 步進(jìn)電機(jī)的分類17-18
• 2.2 構(gòu)建步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型18-23
• 2.2.1 步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型18-21
• 2.2.2 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算21-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第3章 卡爾曼濾波器在永磁步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制中的應(yīng)用24-35
• 3.1 卡爾曼濾波器算法24-31
• 3.1.1 卡爾曼濾波原理24-27
• 3.1.2 非線性系統(tǒng)線性化問(wèn)題27-29
• 3.1.3 離散型非線性擴(kuò)展卡爾曼濾波方程29-31
• 3.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波在永磁式步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感控制中的應(yīng)用31-34
• 3.2.1 α?β坐標(biāo)系下永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的EKF模型31-34
• 3.2.2 d?q坐標(biāo)系下永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 第4章 硬件電路和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案35-50
• 4.1 引言35
• 4.2 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)35-39
• 4.2.1 細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理35-38
• 4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制函數(shù)38-39
• 4.3 器件選型及電路設(shè)計(jì)39-44
• 4.3.1 主控制模塊PIC16F87739
• 4.3.2 驅(qū)動(dòng)控制模塊39-41
• 4.3.3 電壓信號(hào)放大模塊41-43
• 4.3.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊43
• 4.3.5 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)43-44
• 4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)44-49
• 4.4.1 主程序設(shè)計(jì)45-46
• 4.4.2 中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)46
• 4.4.3 擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)電機(jī)狀態(tài)估算的軟件設(shè)計(jì)46-47
• 4.4.4 A/D轉(zhuǎn)換47-48
• 4.4.5 串口通信48-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 第5章 步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制仿真及試驗(yàn)結(jié)果分析50-55
• 5.1 永磁式步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)50-51
• 5.2 永磁式步進(jìn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)仿真51-52
• 5.3 仿真結(jié)果分析52-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 第6章 總結(jié)與展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-60
• 致謝60

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