步進電機系統不同參數對振動特性的影響
王宗培 鄭大鵬(哈爾濱工業大學150001)
程 智 陳永校（浙江大學）
摘 要 系統研究步進電動機系統的不同參數對振動特性的影響，第一部分介紹驅動電壓和邏輯通電狀態的影響。
敘 詞 步進電動機振動特性驅動參數
1引 言
步進電動機的基本特性，如牽出特性、牽入特性、保持轉矩特性及矩角特性等，都較為大家所熟悉。但是步進電動機還有一項較為特殊但很為重要的特性——振動特性，尚較為生疏，缺乏對它的系統完整的認識，這一方面可能是由于對振動特性影響的因素很多，較難掌握其規律性；一方面由于對振動特性定量研究的方法和手段不完善。
作者建立的振動特性測試系統[1]，為實驗研究步進電動機系統的振動特性提供了手段，進而建立了步進電動機系統振動特性的仿真模型和方法[2]，解決了對振動特性的定量分析和計算，本文用實驗和仿真的方法系統地分析和介紹不同的參數對振動特性的影響，有利于對振動特性進一步了解和掌握，對設計、制造和應用系統的工作者都是必要的。
為使所研究的結果有現實意義和代表性，本文的研究結合實際的系統進行，實際系統由應用最為廣泛的二相混合式步進電動機和近代電流型驅動器組成。
2振動特性的一般說明
振動特性用步進電動機轉子角速度波動的振幅與控制脈沖頻率的關系表示，是衡量電動機運行平穩性的重要特性，振動特性的特點是在不同的頻域會出現一些峰值點和振幅增大的區間，前者是某一諧波轉矩的頻率與固有頻率相一致的諧振點；后者則屬于零阻尼或負阻尼狀態的不穩定區。
圖1表示實測的典型的振動特性，被測步進電動機是一臺86bh250b型二相混合式步進電動機，基本技術數據為：相繞組電阻r=1.2ω，電感l=10. 0mh，轉子轉動慣量j=2.4×10-4kg．，旋轉電勢系數ke=0. 028 6v/(rad/s)，阻尼系數p=l.4×10-4nm/(rad/s)，額定相電流1= 3a;保持轉矩tk≥5nm，定位轉矩to=0.15nm，轉子齒數z= 50，配套的電流控制型驅動器通電狀態數可以為m=1、4、8、10或20，功放級電壓實驗時為30v。
2.1頻域的劃分
步進電動機有自己的固有頻率或自然頻率，工程上用下式估算：
將被試電機的數據代人為：
習慣上把fcp=fo附近及以下的頻域稱為低頻段；高頻段的劃定不是根據頻率的****值，通常以fcp=mifo附近及以上的頻域稱為高頻段，以上二個頻域之間稱為中頻段。
以圖la的特性為例，fo≈160脈沖／s，m1=20，大體上的劃分可認為，200脈沖／s以下為低頻段，3 000脈沖／s以上為高頻段，200～3 000脈沖／s之間稱為中頻段。圖la的特性按頻段劃分可以看出，在低頻段fcp=160脈沖／s處有一峰值，這就是通常所說的低頻諧振點；中頻段在fcp=400脈沖／s和800脈沖處有諧振點，且fy=5fo處的振幅較高，比較突出；高頻段在fe=3 200脈沖／s附近有一振蕩區，在fp>3 600脈沖／s處有較明顯的不穩定區。
2.2基本電磁周期
步進電機是在不同頻率輸入脈沖的控制下，按一定的邏輯狀態循環通電而運轉的，因此存在著二種基本電磁周期，其一是拉制脈沖頻率fcp的倒數，即控制脈沖周期：
另一是以通電邏輯循環為周期的電磁系統基波周期，如果電動機的邏輯通電狀態數為m1，則有：
電機繞組電壓、電流的基波頻率為：
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