步进电机皮带传输系统辨识的动力学模型＊

张华红

(潍坊学院,山东 潍坊 261061)

步进电机皮带传输系统在机电设备中的应用非常广泛,由于负载对步进电机的启停影响很大,使绝大多数步进电机系统未能工作在最佳状态。因此研究其负载的动力学特性,对最大限度地发挥步进电机的效率具有重要的意义。

步进伺服系统的建模包括步进电机建模和机械驱动系统建模两部分,二者之间通过转矩平衡而相互联结。步进电机模型与采用的具体控制方式有关,国内外步进电机的加减度控制研究一般只考虑步进电机的数学模型,很少涉及其驱动机械系统有关参数的影响。然而,只有知道整个系统的数学模型,才能对系统进行分析,改善系统的性能,预测系统的运动,进而对系统实施最佳控制。

本文主要研究步进电机皮带传输系统建模部分,为了使机电耦合模型与实际系统尽可能的接近,建模过程中保留了电机轴至机械链末端的惯性、粘性阻尼和弹性等因素,以便较好地反映机电耦合的影响。

1 数学模型的基本理论

建立研究对象的数学模型主要有两条途径。第一条途径是利用人们已有的关于对象的知识(如利用物理规律、能量和质量守恒方程及系统部件之间的关系等),通过对对象自身运动机理的分析确定研究对象的数学结构和参数,从理论上推导出对象的数学模型,得到的模型称为理论模型。由于客观世界运动关系的复杂和人类认识水平的局限,理论模型的建立特别是对复杂对象来说是非常困难的,一般都需要大量的简化条件和假设,而且这类模型的数学求解过程异常复杂,难以理解,甚至不可获得,更难以指导实践和在实际工程中推广应用。……