步进电机驱动电路

2024-06-25

步进电机驱动电路（精选9篇）

1.步进电机驱动电路篇一

HOWO驱动板内部电路工作原理

HOWO重型载货汽车目前在国内市场有相当大的保有量.其全车配有先进的车辆总线电器控制系统,使全车电器线路大大简化.该系统控制精度高,并且有完善的负载检测电路,使常见电器故障和系统工作状态方便地显示在车辆仪表信息屏上.

作者：田胜 TIAN Sheng 作者单位：鞍山金和矿业有限公司,辽宁,鞍山,114048 刊名：汽车电器英文刊名：AUTO ELECTRIC PARTS 年，卷(期)： “”(1) 分类号：U463.61 关键词：

2.步进电机驱动电路篇二

一、步进电机工作原理

目前比较常用的步进电机主要有反应式 (VR) 、永磁式 (PM) 、混合式 (HB) 三种类型, 这几种电机虽然在组成结构上有所差别, 但总体的工作原理还是类似的, 下面就以比较典型的反应式步进电机为例简述其工作原理:

1. 步进电机的结构组成

步进电机可以分成转子和定子两部分。以图1所示的三相步进电机为例, 其定子上有6个磁极, 每2个相对的磁极 (如:A-A’) 组成一对, 共有3对。每对磁极上都绕有线圈, 也即形成一相, 这样3对磁极就有3个绕组, 形成三相, 依此类推, 若为4相电机则就有4对磁极、4相绕组。三相步进电机定子的各相磁极在空间上互差120°/60°。

电机中转子部分也具有相应的磁极, 称为转子小齿, 相邻两转子小齿轴线间的间距称为齿距, 用て表示。通常我们把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿 (如图1中转子小齿1与定子小齿A就是对齿) ;而把定子小齿与转子小齿不对齐的状态称为错齿 (如图1中的2与B、3与C等即为错齿) 。错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件, 所以, 在步进电机的结构中必须保证有错齿的存在, 也就是说, 当某一相处于对齿状态时, 其他相必须处于错齿状态。以图1所示的三相步进电机为例, 其转子小齿1与A相对齐时, 齿2与B错开了1/3て, 齿3与C错开了2/3て。

2. 步进工作过程分析

步进电机的工作原理与电磁铁类似。

A相通电, B、C相不通电时 (图2) , 由于磁场力的作用, 齿1与A对齐。

B相通电, A、C相不通电时 (图3) , B齿将产生磁场, 吸引较近的转子小齿2, 从而产生转动力矩, 齿2将与B对齐, 此时转子顺时针转过1/3て, 此时齿3与C相差1/3て, 齿4与A’相差2/3て。

C相通电, A、B相不通电时 (图4) , 齿3被吸转动并与C相对齐, 此时转子又顺时针转过1/3て, 齿4与A’相差为1/3て。

A相再次通电 (图5) , 齿4与A’对齐, 转子又顺时针转过1/3て。

就这样, 电机就每步 (每脉冲) 顺时针方向旋转1/3て, 经过了3步的一个循环, 齿1就顺时针转过一个齿距, 如果不断地按A→B→C→A→…的相序通电, 电机就可以持续地顺时针方向旋转下去。若要电机反转, 则可将A、B、C三相的通电次序任意互换一组即可, 如通电相序变为:A→C→B→A→…, 电机就会按逆时针方向旋转。

二、步进电机驱动控制原理

步进电机的驱动和控制方法与直流电机不同, 直流电机只需通入直流电源即可运转, 调节电压大小可以改变电机转速。而步进电机接收的是数字量, 转速的大小由外加的脉冲频率决定, 电压的大小与转速的快慢无关, 只与电机的输出力矩有关。

步进电机的驱动控制器主要由脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路, 功率放大电路等部分组成, 其结构如图6所示。

脉冲信号电路的主要功能是产生一定频率的控制脉冲信号, 用以控制步进电机的运行, 其频率直接决定了步进电机的旋转速度。

信号分配电路是整个控制器的核心部分, 由于其提供的信号总是周期循环的, 所以也称为“环形脉冲分配电路”, 它会根据不同步进电机的控制需求, 将脉冲信号按一定的逻辑关系加到功率放大器上从而驱动步进电机的工作。例如上文所述的三相步进电机, 其通电相序为“A→B→C→A→…”, 这种按A、B、C各相顺次接通的过程是一种整步工作方式, 也称“三相单三拍”, 其中“单”是指每步只有一相通电, “三拍”是指一个循环需换相3次。尽管这时电机也可工作, 但不够稳定, 易产生失步现象。通常我们更多地是采用“AB→BC→CA→AB”方式循环通电, 此时每步有二相同时接通, 也称“三相双三拍”, 这样步进电机工作会更加平稳。

当然还有其他的信号分配方式, 如在二相间插入一个中间相, 按“A→AB→B→BC→C→CA→A”的相序运行, 即“三相六拍”, 此时完成一个循环需6步, 每次转过的角度只是三拍时的一半, 也就实现了“二细分”。当然我们也可以通过各相绕组电流不同大小的组合, 实现更多步的细分, 这就是步进电机的细分驱动, 细分的步数越多, 步进电机的转动也会越平稳。对于其他类型的步进电机, 如四相电机的单四拍、双四拍、八拍等, 读者也可以自己进行分析。

三、电路工作原理

电路原理图如图7所示, 电路主要由脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路及功率放大电路等几部分组成。

在本电路中的脉冲信号由NE555构成的一个多谐振荡器产生, 选择开关S1和不同振荡电容C1/C2相连, 可得到不同频段的脉冲信号, 通过电位器RP可使其3脚输出的信号频率连续可调, 该脉冲信号加到十进制计数器CD4017的时钟输入CP端, 作为步进电机工作的时钟。

电机的工作步序由CD4017的计数输出端提供。由于目前市面上步进电机的种类较多, 本电路仅以较常用的“三相双三拍”控制 (具体步序见下表1) 为例进行分析, 其他的控制方式读者们可以参照本例自行分析。由于“三拍”完成一个循环需有三个步序, 故由十进制计数器CD4017构成一个3进制的封闭小循环, 分别由Q0、Q1、Q2输出所需的步序1、2、3的信号, 而将Q3直接接到CD4017的复位端R, 从而构成了一个完整的环形分配电路。“双”是在每一步序中电机要有2相同时得电, 经对表1中不同步序的真值表分析可知, “A”相的值应在步序1和3均为有效, 此时可将Q0与Q2的输出信号经或门 (74HC32) 送至A相的控制端;Q0与Q1相或后送至B相;Q1与Q2相或后送至C相, 这样就可以得到我们所需要的三相双三拍步序控制信号。

由于经数字门电路输出的步序信号还无法直接驱动电机工作, 故还需增加一级功率放大做为整个控制电路的输出。由于通常电子小制作中使用的步进电机功率较小, 故本电路选用的是达林顿电流驱动器ULN2803模块作为控制器的功率输出电路, ULN2803的引脚如图8所示, 其中:1-8脚为输入端;11-18脚为输出端;9脚接地;10脚接电源“+”。由于ULN2803的扇出电流有限, 而灌电流较大, 能达到1A左右, 所以本电路使用其灌电流工作方式, ULN2803内部的续流二极管也保证了其与电机线圈连接的安全。如果需要输出的电流能再大一些, 也可以将ULN2803的二组并联, 作为一组使用即可。

电路中使用了二组电源进行供电, 一组经三端稳压集成块LM7805稳压后, 输出+5V为控制部分提供电源;而步进电机各相绕组所需的电压较高, 故将其直接接到另一组12~24V的电源上, 这样可增大步进电机的输出力矩, 绕组的另一端接在ULN2803的相应输出端。

四、控制器的制作与调试

该步进电机控制器的元器件均无特殊要求, 按电原理图装好电路即可调试。为防止调试过程中电机堵转, 电流增大损坏功率模块ULN2803, 可将三只发光二极管串连好限流电阻接入ULN2803的相应输出端, 接通电源后发光二极管应能顺序点亮;拨动挡位选择开关S1, 发光二极管点亮的频率应有明显的变化, 调节电位器RP发光二极管点亮的频率应能平滑的变化, 至此步进电机驱动控制器安装完成。

去掉调试的发光二极管和限流电阻, 将步进电机的绕组线圈接入电路中, 通电即可运转。读者可根据实际的控制需要选择C1、C2的参数 (通常约为零点零几~几个μF之间) , 使S1与C1相连时, 电机转速约在100转/分以下;与C2相连时, 电机转速在100~几百转/分之间。调节电位器RP电机在各挡位转速应能平滑变化。拨动选择开关S2, 可以交换二组的相序, 使电机反方向旋转。

对于其它类型的步进电机控制器, 读者只要改变CD4017输出的步序信号即可, 通常简单的控制, CD4017输出的10个步序足以满足。读者如需控制较大功率的步进电机时, 可改用其他大功率器件做驱动;读者对电机转速有特殊需要者, 可根据需要改变NE555输出脉冲振荡信号的频率。

3.墨斗辊电机电路巧改篇三

为了彻底解决这一问题，我们对墨斗辊电机的电路进行了一系列检查、设计和改造，下面笔者就将墨斗辊电机的电路改造过程与大家共享。

故障分析

70机墨斗辊采用的是直流电机驱动，一般直流电机都安装有碳刷，而碳刷在使用一段时间后必然会有所磨损，磨掉的碳粉便会积留在电机换向器上，久而久之就会造成电机停转，而且这些碳粉还会引起短路，从而烧坏驱动器。

由于墨斗辊电机的安装位置比较特殊，方便操作的位置基本上都被机器墙板遮挡住了，因此要想更换碳刷是一件很麻烦的事情，尤其在生产非常紧张的夜班，墨斗辊电机故障会对操作人员和设备维修人员造成不小的困扰。因此，将直流驱动改为变频驱动是一项很必要的技术改造。

改造过程

图1是改造前的墨斗辊电机电路图。从图1可以看出，每个单元的2个墨斗辊电机分别由各自的SSD 507直流驱动器驱动。SSD 507直流驱动器的控制信号来自喷水杆控制器PN859，在PN859控制器和SSD 507直流驱动器之间还有一个设备PN807。经过查找资料和现场测量发现，PN859控制器的模拟量输出电压范围是0～5V，且机器速度越快，电压线性越大，而直流驱动器SSD 507直流驱动器接收的是0～10V的电压。由此可以断定，PN807的作用就是将PN859控制器0～5V的模拟量信号同比例放大到0～10V，并分配至2台SSD 507直流驱动器上的SP端口，使两者的速度范围一致。另外，SSD 507直流驱动器的运行信号由PN859控制器内部的常开触点NO_A/B直接控制，低电平有效。

由此我们便了解了运行信号和速度信号的输出方式，并由此可以根据自己选择的变频器进行相应信号的连接。图2是改造后的墨斗辊电机电路图。

本次改造中我们采用的是Lenz公司的8200矢量变频器，也可以选用与其他设备相同的变频器型号，这是因为，选购同种类型的变频器可节约一定的备件成本。与SSD 507直流驱动器不同的是，8200矢量变频器的使能信号EN是高电平有效，点动速度可根据E1、E2的电平高低组合来控制（图2中采用的是E2高电平控制），速度信号AIN由模拟量电压输入，8200矢量变频器的电压范围为0～5V或0～10V，因此可省去直流控制方式中的PN807控制器，而直接将PN859的速度信号端子与变频器的AIN相接。T1、T2是接在电机内部的温度传感器，在没有使用的情况下可将其短接，至此，外围控制电路的连接便完成了。

在变频器参数方面，首先，必须将频率给定方式选择为外部电压控制方式；其次，模拟量输入采用0～5V的电压范围，最低速度、最高速度以及加减速时间等参数均可根据实际需求进行更改。具体参数设定及方法，可参照所选变频器的说明书。

电路设计好后，将原来的直流电机更换为变频电机。由于减速器的存在，电机功率并不需要很大，与直流电机功率相当即可。值得注意的是，选择的变频电机转子轴的尺寸需要与减速器匹配，否则无法直接安装。在安装位置上，可以拆除原来的PN807和SSD 507直流驱动器，这样在电柜里就有足够的空间进行变频器的安装、接线。

我公司在2011年就将4个塔、32个墨斗辊电机全部改为变频驱动方式，经过两年多的运行，目前墨斗辊故障率几乎为零，调速效果理想，运行相当稳定，如此，我们节约了数十万元的维修成本，同时还保证了报纸生产时效。这样的改造可谓“一劳永逸”。有了70机墨斗辊电机电路的改造经验，我们又将此项改造技术成功运用到了高斯URBANITE II的纸架改造上，运行效果同样非常好。

4.步进电机驱动电路篇四

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全球驱动电机市场趋势

根据估测，随着全球汽车电动化快速推进，新能源汽车电机系统市场将随之快速扩张，市场规模有望从2015年的$23亿增长到2030年的$318亿。

新能源汽车电机系统主要包括电动机和逆变器两部分，虽然同其他大部分汽车零部件一样，这两部分部件长期都面临降价压力，但是由于新能源汽车总量的上升，行业总体还是具备较大上升空间。我们预期到2030年市场规模年均增速将在18%-20%左右。

系统单价方面，电机系统整体往高功率方向发展的同时也带来了装配价格的提升。

根据估测，在中性假设条件下，2030年电动车销量将达到2000万台，约占当年乘用车总销量的16%-18%。然而，如果放到乐观情景下，即电池价格大幅下滑，且环保政策更加严厉的条件下，电动车销量增长的速度有可能大幅上升，我们预期在乐观情况下新能源汽车年销总量有可能达到3000万台的水平，约占当年汽车销量的25%-27%。

预计单电机混动车的功率需求大约在30kw左右(平均价格约$200-$300)，双电机插电混功率约为50-100kw(平均价格$800-$1000)，纯电动车的电机功率约为200kw(平均价格$1000-$1500)。

电动机市场情况

我们预计到2030年电动机(不包括逆变器)的销量年均增速将达到18%，到2030年行业整体销量达到$195亿，相较2015年$12亿的水平扩展近17倍。

预期电动机的销量将从2015年的360万上升到2030年的4900万，同时，单车电机数量预计将有所下滑，从1.8下降到1.4，主要是由于单电机的纯电动车销量占比提升。

但电动机单价方面我们预期将进一步提升，从目前的$350上升至$380，主要是受高价大功率电机的更广泛应用所拉动。

从市场份额情况看，丰田集团在2016年的数据中遥遥领先(集团主要生产电机的公司包括电装公司和爱信精机)，本田集团位居第二，而同时这两大集团也都在混动领域占据全球领先地位。之后是比亚迪以及给特斯拉供货的台湾电机制造商富田电机。

电机行业在长期发展过程中，第三方供应商崛起将是大势所趋。如果我们观察当前日本汽车行业产业链情况，不难发现占据龙头地位的前三强(丰田、)都倾向于自供电机产品，这除了和日本制造企业的传统基因相关外，也同行业发展的阶段有关。

如果对照一下PC和手机行业的发展史，我们不难发现，这两个行业在初期都是高度上下游整合生产，无论是PC行业的惠普、苹果、硅图公司，还是手机行业的诺基亚、摩托罗拉都在产业链中高度整合生产，因为在初期产品更新换代速度较快，需要上游零部件供应商迅速做出反应相互配合，所以整合生产的模式具备较高的性价比；

然而到了行业发展中后期，由于整个市场规模扩充，同时产品更新换代速度不需要像初期那样快，此时第三方供应商以整个市场为客户对象的规模效应便体现出来，这也催生了富士康、美光、海力士等一系列第三方供应商的崛起。

新能源汽车电机行业也不例外，从当前时点看，本田已经宣布将与日立合作生产电机。同时日产也在投资者交流会上提到将来可能开始外采电机。

2017年10月，三菱电机宣布将为戴姆勒奔驰提供电机和逆变器。随着第三方电机厂商高效能、低成本产品的普及，电机行业市场份额从主机厂自供向第三方企业转移是大势所趋。

目前日本的电机企业已经相继开始对电动化所带来的趋势转变做出了应对。我们预期电装和爱信精机将会首先利用他们现有的规模优势，用较低的成本占有市场份额，而紧随其后的电产和明电舍也将迅速跟进。

目前电机行业的平均毛利率在30%左右，而生产规模是决定毛利率高低的主要因素之一。

逆变器行业情况

我们预测逆变器行业也将迎来高速增长，根据估测，逆变器市场销售收入规模将从2015年的$12亿上升至2030年的133亿。

从销量上来看，因为逆变器与电机的比例基本是1:1，所以预计其销售总量将从2015年的360万上升到2030年的4900万。

$300-$400下降到$200-$300，主要是来自于上量之后的成本规模效应。

与电机领域相似，在逆变器行业丰田集团目前同样也是居于领先地位。同时丰田集团下属的电装集团目前正在大规模扩展其逆变器客户。在丰田之后，三菱电机也占据相当大的市场份额。

技术演变

从电机的分类来看，主要有直流、交流感应、永磁同步和开关磁阻四种，新能源汽车电机主要用到后三种。

目前，永磁同步由于其较优的性能，是主流的电机类型。交流异步电机的价格适中，但性能稍差，在美国及中国有部分厂商使用。而开关磁阻电机的主要优势在于其较低的价格，但同时也存在着杂音和震动的技术问题，如果这些问题能够解决的话，开关磁阻电机将具备很大的市场。

交流异步电机:虽然从目前看，交流异步电机(额定功率在79-85左右)相比永磁同步功率方面不具备优势，但是其成本较永磁同步电机低出不少。在体积方面，交流异步电机比永磁同步电机更大，主要是受设计构造的限制。

永磁同步电机:电机内部有包裹永磁体的转子，整体系统功率较大(在90-92左右)，同时体积较小。造价方面较为昂贵，主要由于永磁材料价格较

出效能。永磁电机是当前电动车电机行业中应用广泛的电机类型。

开关磁阻电机:开关磁阻电机价格非常具有竞争力，主要由于其转子中没有高成本的永磁体，同时其功率适中(额定功率在80-86左右)。由于是利用定子和转子的拉力来提供动力，过程中导致的震动和噪音是其主要问题。由于电动车电机目前正处在迅速上量的时间段，我们相信需求的提升会加快技术的革新替代。

电机技术提升方向

通过研究过去20年电机的技术演进趋势，我们发现电机技术还有较大的继续提升的空间。首先看机芯用钢的厚度情况。对于定子和转子来说，其主要是由薄电磁钢层叠加组成，1997年第一代的丰田普锐斯使用的是0.35mm的钢层，随后减到0.3mm，近2016年降到0.25mm。一般来说，薄钢层数的提升能够增加电机效率，同时也对控制电机温度有帮助。

目前，制造薄钢是行业的一大技术难题。主要的难点在于控制压铸中的回弹，以及钢片材料的一致性保持。从当前情况来看，旋锻加工技术由于其成本和生产效率方面的优势将会越来越成为行业的主流制造方式。

其次，在绕线密度方面，总体上定子中绕线的量是决定电机功率大小的重要因素。而决定绕线量的则主要是在有限空间内铜线可以绕机芯的圈数。技术

方面目前插入器的使用由于适合高功率的定子加工，并有逐渐成为行业生产标配的趋势。

而线圈类型方面，主要有方形和圆形两种，目前主流厂商使用的是圆形，但是方形技术由于具备较高的空间利用率，正逐渐替代圆形成为行业大方向，而丰田和本田目前已经开始批量采用方形绕线技术。其他厂商这边，安川电机已经开始研发电子绕线技术，目的是提升控制和效率(马自达已经开始试用)。

在冷却系统方面，分电机和逆变器两部分:电机这块，由于随着电机温度升高永磁电机的磁力会减弱，所以冷却系统的效率对于电机高功率运行至关重要。

不从技术演变趋势看，主流的冷却技术已经从风冷、水冷，发展到目前油冷的阶段。其主要技术手段是将电机浸入到油冷室中来达到降温的目的。虽然有专家认为与油的摩擦会降低电机的效率，但是综合各方面情况，油冷依旧是目前技术条件下有效的冷却模式。

逆变器方面，冷却系统对于逆变器的表现也同样重要，日产近声称在聆风2017新车型中，依靠提升逆变器冷却系统，将电机的输出功率从80kw提升至110kw，而电机其他部分均和上一代相同。

5.步进电机驱动电路篇五

调研报告课题来源及意义

在电气时代的今天，电动机作为最主要的动力源，一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。据有关部门统计的资料显示，现在有90%以上的动力源来自于电动机，我国生产的电能60%用于电动机。电动机与人们的生活息息相关，密不可分。步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电执行元件，具有快速启停、精确以及直接接受数字量的特点，因而得到了广泛的应用。如在绘图机、打印机及光学仪器中，都采用步进电机来定位绘图笔印字头或光学镜头，特别是工业过程式控制的位置控制系统中，由于它的精确以及不用位移传感器即可达到精确定位，随着计算机控制技术的不断发展,应用会越来越广泛。

对电动机控制可分为简单控制和复杂控制两种。简单控制是指对电动机进行启动、制动、正反转和顺序控制。复杂控制是指对电动机的转速、转角、转矩、电压、电流等物理量进行控制。电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、自动控制技术、微机应用技术等的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十年内发生了天翻地覆的变化。其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统的应用，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。

单片机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它有较强的控制功能、低廉的成本。人们在选择电动机的控制器时，常常是在先满足功能的需要的同时，优先选择成本低的控制器。因此，单片机往往成为优先选择的目标。从最近的统计数字可以看出，世界上每年要有25亿片各种单片机投入使用。单片机是目前世界上使用量最大的微处理器。

单片机取代模拟电路作为电动机的控制器有如下特点：电路简单；可以实现复杂控制；灵活性和适应性好；无零点漂移，控制精度高；可提供人机界面，多机联网工作。2 步进电动机的发展历程

步进电机最早在1920年由英国人开发，1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上。步进电动机的发展与计算机工业和数字控制技术密切相关，产品按结构划分有磁阻式、永磁式和混合型等多种形式。近年来，伴随着微电子技术大功率电力电子器件及驱动技术的进步，发达国家已普遍使用性能优越的混合式步进电机，最典型的产品是二相8极50齿的电动机，步距角1.8°／0.9°（全步／半步）；还有五相10极50齿和一些转子100齿的二相和五相步进电动机，五相电动机主要用于运行性能较高的场合。驱动技术采用恒相电流与细分驱动相结合，使步进电机在中、小功率控制系统内的精度提高，并逐步向高速大功率应用领域渗透。步进电动机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量还是生产手段，都是世界上最好的。

我国对步进电动机的研究从1958年开始，1970年代以前受苏联的影响，以三相磁阻式步进电动机为主，如1960年代末为快走丝数控线切割机床研制的BF1840-75，一直延续生产到现在。1970年代受到国内研制生产数控机床和其他数控设备的推动，并受到当时日本数控机床系统的影响开始发展磁阻式步进电动机的系列产品，以定子6个极、转子40齿的三相磁阻式电动机为主，还有定子10个极、转子100齿的五相磁阻式电动机和四相电动机等。

1980年代开始发展混合式步进电动机，以定子8极、转子50齿的二相(四相)混合式步进电动机为主。1987年开始自行设计定子10极、转子50齿的五相混合式步进电动机，同时还发展了一些不同于国外的非典型产品，如定子8极、转子60齿的二相(四相)混合式步进电动机。这是为了与磁阻式步进电动机的步距角相一致，转子200齿的五相混合式步进电动机，转子100齿的九相(三相)混合式步进电动机，主要特点是具有高分辨率和可变步矩角。

经过多年的发展，我国步进电机形成一种品种规格繁多的局面，其中最主要的产品系列，一是1970年代形成的磁阻式步进电动机系列产品在低端应用仍有较多的市场，继续生产；二是混合式步进电机的系列产品，包括引进技术和生产设备，按照国外的设计生产的二相和五相混合式步进电机，以及国内自行开发生产的混合式步进电动机，仍然拥有各自不同的应用领域，短期内很难统一到几个限定的规格品种上。

步进电机几十年的发展经验总结是：磁阻式适用于平稳运行以及转速大于1 000 r/min的用途；永磁式成本低，主要用在价格低廉的消费性产品中；永磁感应子式更适合于低速大转矩用途。步进电动机的前景展望

步进电动机经过几十年的发展，已成为除直流电动机和交流电动机以外的应用最广泛的第三类电动机．在开环高分辨率的定位系统中，至今还没有发现更合适取代它的产品，特别是在一些功率相当小的系统中，步进电机更具有无可替代的主流地位。

预计未来步进电机的研究还会持续深入下去，研究方向之一是电机与驱动的一体化，使步进电机体积更小巧、性能更优越，性价比更高，在大量的民用设备中批量化使用，如家庭机器人、民用智能化设备等；研究方向之二是在功率或机座号相对较大的步进电动机中，与属于BIDCM（稀土永磁无刷直流电机）的交流伺服电动机系统会合，具体来说可能会借鉴交流伺服系统的控制技术，但保留了部分步进电动机的特点，形成一种新的“步进伺服电动机”或“伺服步进电动机”，在克服低频振荡、高频过载能力小、快速性不足和效率低等方面取得突破性进展，从而在现代军事、精密机械加工、航空航天等领域的应用越来越深入。研究内容和目标

采用系列单片机实现对步进电动机调速系统的自动控制，利用计算机软件与单片机的串行口通信，达到上位机控制下位机实现步进电动机的启动、停止、正转、反转、加速、减速和状态显示的目的，使步进电动机控制更加灵活。

通过查阅资料，研究出以单片机为核心的实用控制电路，并进行调试。可以用显示电路进行对步进电动机工作状态的显示，而且要有完善的保护、互锁功能。设计方案的可行性分析

本次课题在以前《单片机的C语言》等书中有所涉及，而且网络和图书馆资源丰富，可以方便查到相关方面的文献、期刊、书籍和论文等，同时学院为我们提供的电脑机房，给予了我们很好的实验环境。因此，从主客观方面我认为这一方案是可行的。进度计划

为了更好的完成课题，通过查阅资料，特做如下安排：

第1周：根据题目，查找课题相关资料文献，初步从整体上了解课题，并撰写进度计划与考核表。

第2周：学习相关资料，初步撰写一篇与课题相关的调研报告。

第3周：继续学习相关资料，开始翻译相关的外文文献。

第4周：继续学习相关资料，了解课题内容及思路。

第5周：阅读国内外有步进电动机调速单片机控制的资料，掌握步进电动机控制系统的组成、原理等，并在此基础上掌握工程设计方法。

第6周：对自己要展开的设计方案进行初步设计和论证。

第7周：对步进电动机调速单片机控制进行电路设计，包括系统电路图，还有器件资料。

第8周：进行系统的软件设计，程序流程图，程序设计。

第9周：进行调试，看操作控制，并且总结设计中遇到的问题及解决方法。

第10周：继续上述总结工作，并逐步完善。

第11周：继续进行软件的分析，撰写毕业论文提纲，规划论文内容，并开始着手写毕业论文初稿。

第12周：整理材料，文件图标等，完成毕业论文的撰写并交给指导教师审查。第13周：论文修改，打印，装订成册，并提交。复习各种资料，准备答辩。

第14周：答辩，毕业论文成绩评定。参考文献

[1] 王宗培.任雷.混合式步进电动机的研究[J].电工技术杂志.1998.11(3):12-22

[2] 陈敏祥.五相混合式步进电动机驱动新技术[J].电机与控制学报.1998.22(6):1-9

[3] 华蕊.步进电机细分驱动技术综述[J].佛山科学技术学院学报(自然科学

版).1999.14(2):13-25

[4] 周明安.朱光忠.宋晓华.肖俊建.步进电机驱动技术发展及现状[J].机电工程技

术.2005.24(2):135-244

[5] 易长松.新型三相混合式步进电机驱动器[J].机电一体化.2001.22(9):21-66

[6] 赵永瑞.李刚.三相混合式步进电机系统[J].机电一体化.2000.21(6):33-87

[7] 林蔚天.焦斌.应用集成芯片UC3845构成高频开关电源[J].上海工程技术大学学

报.2001.12(2):1-14

[8] 叶斌.电力电子应用技术及装置[M].机械工业出版社.1999.[9] 孙育才.MCS-51系列单片机型计算机及其应用[M].东南大学出版社.1998

[10] 刘凤君.正弦波逆变器[M].科学出版社.2002

[11] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社.1996

[12] 林成武.步进电机微步驱动分析[J].沈阳工业大学学报.1996.23(6)33-36

[13] 宋受俊.刘卫国.李珉宇.通用混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计[J].电气

传动.2007.22(9):45-77

[14] Robert Bosch GmbH.Autoelektrik Systeme and Komponenten Braunschweig[J]

6.步进电机驱动电路篇六

告

项目编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司

资金申请报告编制大纲（项目不同会有所调整）第一章高性能伺服电机及驱动器项目概况 1.1高性能伺服电机及驱动器项目概况

1.1.1高性能伺服电机及驱动器项目名称 1.1.2建设性质

1.1.3高性能伺服电机及驱动器项目承办单位 1.1.4高性能伺服电机及驱动器项目负责人

1.1.5高性能伺服电机及驱动器项目建设地点

1.1.6高性能伺服电机及驱动器项目目标及主要建设内容

1.1.7投资估算和资金筹措

1.2.8高性能伺服电机及驱动器项目财务和经济评论

1.2高性能伺服电机及驱动器项目建设背景

1.3高性能伺服电机及驱动器项目编制依据以及研究范围

1.3.1国家政策、行业发展规划、地区发展规划

1.3.2项目单位提供的基础资料

1.3.3研究工作范围

1.4申请专项资金支持的理由和政策依据

第二章承办企业的基本情况 2.1 概况 2.2 财务状况 2.3单位组织架构

第三章高性能伺服电机及驱动器产品市场需求及建设规模 3.1市场发展方向

3.2高性能伺服电机及驱动器项目产品市场需求分析

3.3市场前景预测

3.4高性能伺服电机及驱动器项目产品应用领域及推广

3.4.1产品生产纲领

3.4.2产品技术性能指标。

3.4.3产品的优良特点及先进性

3.4.4高性能伺服电机及驱动器产品应用领域

3.4.5高性能伺服电机及驱动器应用推广情况

第四章高性能伺服电机及驱动器项目建设方案

4.1高性能伺服电机及驱动器项目建设内容

4.2高性能伺服电机及驱动器项目建设条件

4.2.1建设地点

4.2.2原辅材料供应

4.2.3水电动力供应

4.2.4交通运输

4.2.5自然环境

4.3工程技术方案 4.3.1指导思想和设计原则

4.3.2产品技术成果与技术规范

4.3.3生产工艺技术方案

4.3.4生产线工艺技术方案

4.3.5生产工艺

4.3.5安装工艺

4.4设备方案

4.5工程方案

4.5.1土建

4.5.2厂区防护设施及绿化

4.5.3道路停车场

4.6公用辅助工程

4.6.1给排水工程

4.6.2电气工程

4.6.3采暖、通风

4.6.4维修

4.6.5通讯设施

4.6.6蒸汽系统

4.6.7消防系统

第五章高性能伺服电机及驱动器项目建设进度

第六章高性能伺服电机及驱动器项目建设条件落实情况 6.1环保

6.2节能

6.2.1能耗情况

6.2.2节能效果分析

6.3招投标

6.3.1总则

6.3.2项目采用的招标程序

6.3.3招标内容

第七章资金筹措及投资估算 7.1投资估算

7.1.1编制依据

7.1.2编制方法

7.1.3固定资产投资总额

7.1.4建设期利息估算

7.1.5流动资金估算

7.2资金筹措

7.3投资使用计划

第八章财务经济效益测算

8.1财务评价依据及范围 8.2基础数据及参数选取

8.3财务效益与费用估算

8.3.1年销售收入估算

8.3.2产品总成本及费用估算

8.3.3利润及利润分配

8.4财务分析

8.4.1财务盈利能力分析

8.4.2财务清偿能力分析

8.4.3财务生存能力分析

8.5不确定性分析

8.5.1盈亏平衡分析

8.5.2敏感性分析

8.6财务评价结论

第九章高性能伺服电机及驱动器项目风险分析及控制

9.1风险因素的识别

9.2风险评估

9.3风险对策研究

第十章附件

10.1企业投资项目的核准或备案的批准文件； 10.2有贷款需求的项目须出具银行贷款承诺函； 10.3项目自有资金和自筹资金的证明材料； 10.4环保部门出具的环境影响评价文件的批复意见；

10.5城市规划部门出具的城市规划选址意见（适用于城市规划区域内的投资项目）；

10.6有新增土地的建设项目，国土资源部门出具的项目用地预审意见；

10.7节能审查部门出具的节能审查意见； 10.8项目开工建设的证明材料；

7.步进电机驱动电路篇七

随着现代科技的进步，特别是电力电子技术、自动控制理论的发展，电机在实际应用中，已由过去简单的起停控制、提供动力为目的的应用上升到对其速度、位置、转矩等的精确控制，以使被驱动的机械运动符合预期的要求。步进电机工作性能在很大程度上取决于所使用的驱动电路的类型和实际参数。因此，步进电机驱动电路的设计是步进电机控制系统中的关键部分。

（二）步进电机驱动电路

1. 步进电机驱动电路的主要组成

步进电机驱动电路一般由脉冲分配器、信号放大与处理、推动级、功率放大器等部分组成。脉冲分配器用来接受来自控制电路的脉冲，并按步进电机状态转换表要求的状态顺序产生各相导通或截止的信号;信号放大与处理电路将脉冲分配器输出的信号加以放大后送入推动级;推动级的作用是将较小的信号放大成足以推动功率放大器的输入信号。有时，推动级还承担电平转换的任务。功率放大器直接与电机的各相绕组连接，它接收来自推动级的信号，控制电机各相绕组的导通与截止，同时也对绕组承受的电压和电流进行控制[1]。

2. 步进电机驱动电路原理图

SI-7230是日本三肯公司生产的高性能步进电机集成功率放大器，采用SIP20封装，是两相步进电机驱动器, 具有工艺先进、封装较小、发热量小、频响特性稳定、低功耗工作方式等特点。该器件由参考电压电路、触发脉冲产生电路、电压比较放大电路、电流控制电路、激励信号放大电路、电动势补偿电路等组成，外接元器件少, 占用PCB空间小，损耗低，整套方案成本低, 替换时不需更改软件, 相对来说比较方便。图1为SI-7230标准外部连接图[2]。SI-7230M采用双电源:主电源Vcc1 (15～50V) 和辅助电源Vcc2 (4.5～5.5V) 。1脚为驱动级电源端，10脚为控制逻辑电源端，7、8、14、15脚是激励信号输入端，4、5脚是通道A0输出端, 接续电机绕组线圈，17、18脚是通道B0输出端, 接续电机绕组线圈，分别控制电机各相绕组的导通与截止。Rsa、Rsb是电流检测电阻。输出电流Io受电流检测电阻Rs、驱动级电压Vcc2、可变电流电阻Rx控制，由公式(1)、(2)表示如下

PD控制端为SI-7230的输出电流Io调节端，可悬空或接高电平，接高电平时可适当提高SI-7230的输出电流Io。SI-7230采用PWM恒流斩波驱动方式，效率高并且有很高的可控性，可以提供平稳的加速度。步进电机使用较高电压的电源时，绕组电流几乎可以近似直线地上升到预定值，此时由流过Rs的检测电流去控制一个斩波控制电路，从而使绕组电流在续流回路中续流并下降。当电流下降到规定值后(达到某一电流)由脉冲电路产生脉冲至斩波控制电路可使绕组电流上升，如此反复对绕组电流进行斩波控制，就可使电流平均值趋于恒定。图2是本文研制的步进电机驱动电路原理图。脉冲分配器PMM8713采用单脉冲输入法，PMM8713的3、4脚接收控制脉冲信号，C11、C12滤除高频干扰信号，步进电机的速度由PMM8713 3脚的脉冲频率决定，频率越高速度越快;正反转方向由PMM8713 4脚的高、低电平决定。高电平时，电机正转，低电平时电机反转。出于对力矩、平稳、噪音及减小步距角等方面考虑，电机采用八拍运行方式，PMM8713分配脉冲输出顺序为:&1-&1&2-&2-&2&3-&3-&3&4-&4-&4&1, 如果按上述通电顺序，步进电机正向转动;反之，如果通电顺序相反，则步进电机反向转动。HD7406P承担信号放大与处理、推动等功能，将PMM8713输出的脉冲反向放大后再经功率放大器SI-7230产生电机所需的激励电流，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热量小。

（三）调试

1. 步进电机有一个技术参数：

空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。这是因为步进电机刚起动时转速为零，在起动过程中，电磁转矩除了克服负载阻转矩外，还要克服转动部分的惯性掩蔽，所以起动时电机的负担比连续运转要重。如果起动时脉冲频率过高，则转子的速度就跟不上定子磁场旋转的速度，以致第一步完成后的位置落后于平衡位置较远，以后各步中转子速度增加不多，而定子磁场仍然以正比于脉冲频率的速度向前转动，因此转子与平衡位置之间的距离越来越大，最后因转子位置落到动稳定区以外而出现失步或是振荡现象，因而使电机不能起动。所以要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。

2. 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率(或速度)的增大而相电流减小，从而导致力矩下降，频率过高将带不动负载[3]。

（四）结语

本文研制的步进电机驱动电路在测试应用中取得了良好的应用成效：电机的启动、停止、正反转、得以顺利实现，可对其速度、位置、转矩等精确控制，在9KHZ范围内运行平稳，不丢步。该步进电机驱动电路可广泛应用于功率较小的机电设备中，适合驱动电流小于3A的混合式两相步进电机。

参考文献

[1]吴红星.电机驱动与控制专用集成电路及应用[G].北京:中国电力出版.2006:168-170.

[2]关保国, 钟伟弘, 等.步进电机的驱动及微机控制[J].自动化与仪表, 2000, 15 (5) :55-57.

8.煤层盾构机驱动电机设计篇八

关键词：盾构机；电机；极数；扭矩限位器；自锁

中图分类号： TH11 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）14-186-2

0 引言

盾构机是一种通过刀盘旋转切割地下岩土层，自动铺设管片最终一次成形隧道的系统装置。其广泛应用于地铁隧道及其它工程隧道掘进中。盾构机刀盘主要由液压泵或变频电机提供驱动力。目前变频电机驱动相对于液压驱动凭借其成本低，安装及调速方便，高效率，大扭矩，绿色环保等优势已然成为为盾构机提供驱动力的主力军。

盾构机电机作为盾构机的核心部件起先都是由德国、瑞士等国家原装提供。该电机的研制将打破这一垄断，为盾构机电机的国产化奠定基础，该电机是专为掘进岩石的TBM盾构机系统量身定制。相对于其它同类电机其具有扭矩大、过载能力强、恒功范围宽、日常维护方便等优势。

1 电机参数及要求

额定功率：315kW

额定电压：690V

恒功范围：892r/min-2230 r/min

最大牵引力：6000N·m

使用工况：地下岩石掘进（TBM）

脱困扭矩：1.5倍起动扭矩

2 电气性能确定

2.1 磁负荷确定

该电机要求长时间运行在多粉尘、泥浆的恶劣环境下，因而电机防护等级要求IP55。电机散热主要靠机壳冷却，散热情况相对风冷结构较差。因而该电机较风冷电机应选用较低磁负荷，不超过1.5T。

2.2 电机极数确定

该电机应用于地下掘进，由于地下地质结构复杂，无法预知，随时可能发生电机过载或堵转情况。为了保护电机和盾构系统电机要求设置过载保护装置。保护装置通常由穿过空心转轴的扭矩轴来充当。这必将使得电机转轴径向尺寸

加大，即冲片内孔加大。在冲片外圆不变的情况下电机轭

部变窄。相对4极电机6极电机轭部较窄，为此电机采用6极。

3 电机机械结构确定

3.1 机座

该电机采用水冷机座，机座内筒与外筒之间由筋板形成“S”型水道，冷却水由入口流入在一定压力下由出口流出带走电机内部热量。

由于电机腔体内充满冷却水，当盾构机长时间停止运行时冷却水就会锈蚀电机腔体，特别是当盾构机在高寒地区作业时电机腔体内的冷却水会结冰膨胀，破坏电机腔体。为此必须在电机腔体上设置排水孔。当电机工作时将排水孔堵住，停转时将水排出。

3.2 扭矩轴

传统工矿电机保护装置采用扭矩轴离合器装置如图1，该结构是由三部分组成，转轴、扭矩轴以及空心轴和转轴连接（内花键）部件组成。当电机过载时盾构机刀盘就会减速或停止不转，这时电机在电磁场作用下仍然输出扭矩。这样扭矩轴两端就会形成一对反向的扭矩，当此扭矩增大到一定程度时扭矩轴就会在设计的危险截面（断裂槽）处断裂。断裂后电机转子就会和刀盘脱离，电机空转。从而实现电机的保护作用。

但是该保护装置有其固有的缺点。当扭矩轴断裂后需要重新更换扭矩轴。此扭矩轴材料为高强度合金钢40CrNiMoA，材料及加工成本较高。另外由于电机以端面定位固定，离合器安装时要从另外一端伸入，如果电机轴向长度过长扭矩轴与盾构机减速齿轮对中较为困难。为此该电机采用一种全新保护装置，即用SAFESET扭矩限位器（型号ST-KB 100/125/140）保护电机，如图2。扭矩限位器分为内圈和外圈，内圈与外圈通过扭矩销连接，当电机运行时电机转子以花键啮合的型式带动扭矩限位器外圈转动，外圈通过扭矩销连接带动内圈转动，内圈通过花键啮合的型式带动扭矩轴转动从而传递扭矩。当电机过载时扭矩销在承受的压力超过设定值后就会断裂，这时扭矩限位器外圈和内圈就会分离而打滑以实现电机保护。此结构较离合器装置更先进、更方便、过载时不需要更换扭矩轴，只需要更换扭矩销，维护成本大大降低。

3.3 接线盒确定

传统工矿电机接线盒通常是由若干个螺栓将接线盒盖板固定在接线盒上。当拆装或检查电缆时就要拆掉接线盒盖板上的螺栓。盾构机一般是在地下作业，周围环境昏暗复杂，当拆装接线盒盖板时螺栓经常掉落或者被遗漏。

如果螺栓掉落到盾构系统中将会对盾构系统造成不可预知的损害。为此该电机设计了接线盒螺栓自锁装置，如图3。当拆卸螺栓时，螺栓脱离接线盒时仍与接线盒盖板连接，解决了螺栓掉落事件的发生，杜绝了安全隐患。

4 结束语

该电机的研制满足了IP55等级电机温升低，降温效果好的要求。并优化了电机保护装置，解决了电机螺栓掉落的问题，保证了电机的可靠运行。

参考文献

[1] 陈世坤.电机设计[M].机械工业出版社，2000.7.

[2] 黄国治，季杏法，彭友元.中小型电机设计手册[M].机械工业出版社，1994.7.

9.步进电机驱动电路篇九

关键词：双电机;功率追踪;模糊控制器;迭代算法

中图分类号：TM343 文献标识码：A

Algorithm of coaxial dual-motor drive system power tracking

XUE Chen-Xu1*， HAN Jun-feng2， LIN Chuan1， PAN Sheng-hui1， YANG Feng1

College of Electrical and Information Engineering， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545006 China;

2.Department of Electrical Engineering， Guangxi Technological College of machinery and electricity， Nanning 530007 China）

Abstract： Research coaxial dual-motor load power tracking. In this system， two synchronous motors speed is forced. Due to the slight difference in the two identical motor parameters， it will lead to uneven distribution of power. According to the vector control theory， the AC motor torque and motor flux decoupling induction motor. The mathematical model of dual-motor power （current）-tracking， is controlled by fuzzy controller design and iterative algorithm to solve the power to track all issues. Simulation results show that the fuzzy PID control system compared with the control iterative algorithm can improve the response speed power-tracking， and faster to achieve power balance.

Keywords： Dual-motor; power point tracking; fuzzy controller; iterative algorithm

1 引言

双电机硬轴联接驱动同一负载时，即使同批次的相同型号电机也极难达到各项参数完全一致，因此它们所分担的负载就不可能完全相等，从而导致两个电机输出功率出现偏差，容易使其中一台电机工作在轻载状态，而另一电机工作在过载状态，造成电机过负荷。为改善这种情况，将负载进行合理分配，双电机的功率平衡问题就必须得到解决 [1]。

自从上世纪80年代 Koren提出交叉耦合控制算法之后[2]，许多专家针对“多电机协调控制”这一课题展开了一系列的研究。国内，汤杰，李志勇针对刚性硬联的双电机同步传动系统的功率分配问题提出主从控制方案[3]，在同步运行中确保功率平衡。田瑞，赵艳提出了变频器的主/从功能在多电机传动系统中的应用[4]，解决了多台电机同时驱动同一负载的功率平衡问题。张超，裴延涛提出了基于矢量控制思想的同轴硬联双电机负载平衡系统[5]，并且将交叉耦合及主从控制的概念运用于其中，从而实现双电机承担相等负载的实验目的。

上述文献均较少提及从电机功率跟踪过程中的精确的数学模型，因此对双电机功率追踪精确数学模型的算法研究是一个新的研究点。本文以双电机同轴驱动系统为对象，通过矢量控制理论，将交流异步电机的电机转矩和电机磁通的解耦，建立了双电机功率追踪系统的数学模型。在主从控制和交叉耦合的基础上，设计了模糊参数自整定PID控制器以及基于迭代算法的控制器，均获得了精确的控制效果。通过比较，模糊参数自整定PID控制器提高了响应速度，解决了功率平衡问题，改善了系统的动态性能。

2 双电机同轴运行功率不平衡的Simulink仿真

由双电机同轴运行功率平衡定义[6]可知，在双电机同轴拖动同一负载时，两台电机额定功率相同，即使两台电机的其他参数不相同时，其所分配的负载力矩也必须是相同的。选择电机为鼠笼式异步电机，在本次仿真试验中采用星型接法。电源的三路输入信号的初始相位分别设置为0°，120°，240°，电压设置为380V，频率为50Hz。在MATLAB/SIMULINK中创建双电机同轴模型，如图1所示：

图1 双电机功率不平衡仿真实验

两台电机额定功率均为15kW，其中电机1转子电阻为2.65Ω，电机2转子电阻为3.65Ω，两台电机的输出转矩差如图2所示：

图2 功率不平衡输出转矩差

如图2所示，在输入负载转矩为60NM时，电机1输出转矩为38NM，电机2输出转矩为22NM，这说明两台电机在定子电阻相差1欧姆时，两台电机输出功率相差1.7倍以上，出现了严重的功率不平衡。因此，在该系统中，必须进行功率平衡的控制。

3 双电机硬轴驱动系统数学模型的建立

系统采用主从控制方法对双电机进行控制，通过微处理器产生变频控制信号[7]，将主从电机的负载转矩（定子电流）进行比较，进而控制从电机，达到改变从电机负载转矩与主电机平衡的目的，从而通过控制从电机的变频调速过程实现两台电机的功率平衡。

3.1 变频器环节的数学模型

变频器的输入信号是控制电压Uc，通过变频器输出相应的电机定子相电压U1和电源频率f1。由于f1和U1的比值保持不变，所以变频器的频率给定信号Uc与U1的关系由变频器的加速时间确定。加速时间设为τ，可以得出在阶跃给定下的系统响应情况。当给定信号是Uc，输出响应可以分解为两个斜坡函数y1（t）和y2（t），并有：

3.2 电机环节的数学模型

在对从电机数学模型的建模过程中，为了实现电机磁通和转矩的解耦，利用矢量控制理论，通过坐标变换将交流异步电机等效为直流电动机，从而对从电机的转矩进行控制。本系统中电机环节的模型是解耦后基于电流转矩分量的传递函数[8]：

（6）

式（6）说明异步电动机的电流与电压的动态是非线性关系。为了用简单的过程说明矢量控制原理，假设如下：

电动机的负载变化非常慢，在电流调节中基本不变，可设△MZ=0;转速变化相对于电流变化非常慢，因此在电流调节中可以认为转速基本不变，可设△ωr=0。以上的假设将式（6）进一步线性化，可表示成三阶微分方程的，其形式如下：

可将它等效为直流电机电枢绕组回路方程，本式将作为转矩跟随控制的传递函数。

4 双电机同轴系统功率追踪算法的MATLAB仿真

选择主电机参数如表1所示：

表1 主电机的相关参数

为了使主从电机参数不同，这里设置从电机转子电阻为0.42Ω，其他参数均与主电机相同。根据上节建立的电动机环节数学模型及电机参数，可以得到电机的传递函数为：

4.1 基于模糊参数自整定PID控制系统的设计

根据主从电机参数及矢量控制原理解耦，其中主从电机间电压变化为4.5～5V，根据控制系统对过渡要求和专家经验，设计模糊PID控制器[9]，建立模糊规则如图3所示：