专利名称：一种开关磁阻电动机定位控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关磁阻电动机定位控制系统，具体地说，涉及一种定位于任意
设定转角的开关磁阻电动机定位控制系统。
背景技术：
目前，在以转角和位移为输出量的定位系统中，最简捷的执行元件是步进电动机。 步进电动机把电脉冲信号转换成角位移，转子总的转角与输入脉冲的个数成正比。在时间 上，转角与输入脉冲同步而旋转的方向则处于对相绕组的通电顺序。电动机每转一周都有 固定的步数，误差不会累计，也不需要角位移传感器。如果不改变绕组的通电状态，电动机 还具有自锁能力。 N相开关磁阻电动机就是一台N相反应式步进电动机，假定转子凸极数为Z，则其 转子极距等于7。一般的开关磁阻电动机未经过专门设计，只能按N拍运行。每一次通电
状态的改变，所对应的转子步距角为^。N相绕组依次通电后，转子转过一个极距Y ，定转 子凸极间关系就回到初始状态。 图1示为步进电动机控制系统方框图，脉冲源1发出脉冲信号，经过门电路2后送 给环形分配器3，再经功率放大器4放大去驱动步进电动机相绕组5。要让门电路接通，必 须启动开关6置于运行位置，同时被计数器7记录的经门电路来的脉冲数，不等于预置器8 所选定的值。当两者刚好相等时，门电路关闭，相绕组就不再得到电脉冲，电动机自行停车。
步进电动机转子凸极数比较多，为了简化定子绕组结构，通常相邻的若干个定子 小齿合并起来，成为嵌有共同线圈的一个凸极。步进电动机转子的矩角特性近似地符合正 弦波规律。工作时一般采用双N拍运行方式，交替地单相通电和两相邻相同时通电；这种双
N拍方式，可使步距角减小一半，成为^。 步进电动机定位系统简化可靠，在开环的进给驱动中得到广泛的应用。缺点方面， 主要在于受步距角的限制，转子不能停在任意设定的转角，在大负载和高转速情况下会产 生失步，同时输出功率也不够大。 从分析开关磁阻电动机转子的矩角特性着手，适当改进电动机的转子结构，并且 引入专门的两相邻相同时通电方式和正确的分相闭环控制定子绕组，就可让转子定位于任 意的转角，定位性能良好。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种开关磁阻电动机定位控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 —种开关磁阻电动机定位控制系统，包括开关磁阻电动机和控制器；开关磁阻电 动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；控制器由脉冲源电路、门电路、转矩给定
3器、可逆计数器和比较器组成；脉冲源产生表示一定转角间隔的脉冲序列，经过门电路后送 至转矩给定器，门电路受启动信号和比较器的输出控制，比较器受定位角给定和可逆计数 器的输出控制，可逆计数器受比较器和置零信号的输出控制，同时转矩给定器也受比较器 的输出控制，转矩给定器的输出与开关磁阻电动机相绕组相连。 所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其门电路的输出与可逆计数器输入相 连，构成开环控制电路。 所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其可逆计数器输入与编码器信号相连， 构成闭环控制电路。 所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其开关磁阻电动机电动机相数大于2 ; 可以分相控制各定子绕组的电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个相绕组中通以电流 时，转子上复位转矩与失调角间的矩角特性近似地符合正弦波规律。 所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其两相邻相同时通电，对于任意设定的
转角，转子上总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律；两相邻相产生的复位转矩
的幅值适当，总复位转矩的幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通电，此时空
载时定/转子凸极的中心线重合；在转子上带有负载以后，定位角及换相角则顺着负载转
矩转向偏移一个负载角；当负载转矩恒定，负载角不变，定位角和换相角也不变。 在两相邻相中有一相的复位转矩幅值降到零以后，就切换到新的两相邻相同时通
电，对于N相开关磁阻电动机而言，在同一转向上顺序通电，一共有N个不同的两相邻相组
合。空载换相时，定/转子凸极的中心线重合。 本发明是允许电动机带载的，在负载转矩作用下，定位角及换相角将顺着负载转 矩转向偏移一个负载角。负载转矩与总复位幅值之比等于负载角的正弦，如果负载转矩恒 定，负载角不变，定位角和换向角也不变。 本发明对定子绕组实行分相的闭环控制，各相复位转矩的幅值由转矩给定器给出
后，或者经M/I变换器变成绕组电流的给定值，再用电流传感器测得的反馈信号进行闭环，
或者用1/M变换器把测得的反馈信号变成反馈转矩信号，直接进行转矩闭环。 本发明的有益效果是。 一种开关磁阻电动机定位控制系统采用转子可以定位在任
意设定转角的电动机，通过两相邻相同时通电方式可控制步进电机准确的步进任意角度，
其精度高，负载能力强。
图1为现有步进电动机控制系统方框图。 图2为本发明一种开关磁阻电动机定位控制系统开环定位控制功能框图。
图3为本发明一种开关磁阻电动机定位控制系统闭环定位控制功能框图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 如图2和3所示， 一种开关磁阻电动机定位控制系统，包括开关磁阻电动机和控制 器；开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；控制器由脉冲源电路、门 电路、转矩给定器、可逆计数器和比较器组成；脉冲源产生表示一定转角间隔的脉冲序列，经过门电路后送至转矩给定器，门电路受启动信号和比较器的输出控制，比较器受定位角 给定和可逆计数器的输出控制，可逆计数器受比较器和置零信号的输出控制，同时转矩给 定器也受比较器的输出控制，转矩给定器的输出通过分相控制电路去控制开关磁阻电动机 相绕组。 所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其开关磁阻电动机电动机相数大于2 ; 可以分相控制各定子绕组的电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个相绕组中通以电流 时，转子上复位转矩与失调角间的矩角特性近似地符合正弦波规律。 所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其两相邻相同时通电，对于任意设定的
转角，转子上总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律；两相邻相产生的复位转矩
的幅值适当，总复位转矩的幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通电，此时空
载时定/转子凸极的中心线重合；在转子上带有负载以后，定位角及换相角则顺着负载转
矩转向偏移一个负载角；当负载转矩恒定，负载角不变，定位角和换相角也不变。 如图2所示为开环定位控制方式，脉冲源产生表示一定转角间隔的脉冲列，经过
门电路后送至转矩给定器，还送给已适当置零的可逆计数器，计数器累计的总角度与给定
的定位角在比较器中随时比较，产生正/反运行信号或运行停止信号。前者送至转矩给定
器和计数器分别控制转向和加/减计数，后者送至门电路，与启动信号一块控制门电路通断。 在启动运行前，电动机两相邻相已按要求得电，在负载转矩下，转子比空载时多转 了一个负载角。 如图3所示为闭环定位控制方式，计数器的输入脉冲改由编码器提供构成闭环控 制电路。由于启动运行前负载角已通过编码器计及，故消除掉了负载转角对定位角的影响。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与 本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种开关磁阻电动机定位控制系统，包括开关磁阻电动机和控制器；其特征在于开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；控制器由脉冲源电路、门电路、转矩给定器、可逆计数器和比较器组成；脉冲源产生表示一定转角间隔的脉冲序列，经过门电路后送至转矩给定器，门电路受启动信号和比较器的输出控制，比较器受定位角给定和可逆计数器的输出控制，可逆计数器受比较器和置零信号的输出控制，同时转矩给定器也受比较器的输出控制，转矩给定器的输出通过分相控制电路去控制开关磁阻电动机相绕组。
2. 根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机定位控制系统，其特征在于门电路的 输出与可逆计数器输入相连，构成开环控制电路。
3. 根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机定位控制系统，其特征在于可逆计数 器输入与编码器信号相连，构成闭环控制电路。
4. 根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机定位控制系统，其特征在于开关磁阻 电动机电动机相数大于2 ;可以分相控制各定子绕组的电流；电动机转子凸极的结构特殊， 在一个相绕组中通以电流时，转子上复位转矩与失调角间的矩角特性近似地符合正弦波规 律。
5. 根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机定位控制系统，其特征在于两相邻相 同时通电，对于任意设定的转角，转子上总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律； 两相邻相产生的复位转矩的幅值适当，总复位转矩的幅值基本不变；两相邻相同时通电的 临界点是一相通电，此时空载时定/转子凸极的中心线重合；在转子上带有负载以后，定位 角及换相角则顺着负载转矩转向偏移一个负载角；当负载转矩恒定，负载角不变，定位角和 换相角也不变。
全文摘要
本发明公开了一种开关磁阻电动机定位控制系统，包括开关磁阻电动机和控制器；开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；控制器由脉冲源电路、门电路、转矩给定器、可逆计数器和比较器组成；脉冲源产生表示一定转角间隔的脉冲序列，经过门电路后送至转矩给定器，门电路受启动信号和比较器的输出控制，比较器受定位角给定和可逆计数器的输出控制，可逆计数器受比较器和置零信号的输出控制，同时转矩给定器也受比较器的输出控制，转矩给定器的输出开关磁阻电动机相绕组。定位控制有开环和闭环两种形式。本发明通过两相邻相同时通电方式可控制步进电机准确的步进任意角度，其精度高，负载能力强。
文档编号H02P6/24GK101764552SQ20081024101
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者袭锦灼, 高超 申请人:北京中纺锐力机电有限公司