步进电机系统不同参数对振动特性的影响
王宗培 郑大鹏(哈尔滨工业大学150001)
程 智 陈永校（浙江大学）
摘 要 系统研究步进电动机系统的不同参数对振动特性的影响，第一部分介绍驱动电压和逻辑通电状态的影响。
叙 词 步进电动机振动特性驱动参数
1引 言
步进电动机的基本特性，如牵出特性、牵入特性、保持转矩特性及矩角特性等，都较为大家所熟悉。但是步进电动机还有一项较为特殊但很为重要的特性——振动特性，尚较为生疏，缺乏对它的系统完整的认识，这一方面可能是由于对振动特性影响的因素很多，较难掌握其规律性；一方面由于对振动特性定量研究的方法和手段不完善。
作者建立的振动特性测试系统[1]，为实验研究步进电动机系统的振动特性提供了手段，进而建立了步进电动机系统振动特性的仿真模型和方法[2]，解决了对振动特性的定量分析和计算，本文用实验和仿真的方法系统地分析和介绍不同的参数对振动特性的影响，有利于对振动特性进一步了解和掌握，对设计、制造和应用系统的工作者都是必要的。
为使所研究的结果有现实意义和代表性，本文的研究结合实际的系统进行，实际系统由应用最为广泛的二相混合式步进电动机和近代电流型驱动器组成。
2振动特性的一般说明
振动特性用步进电动机转子角速度波动的振幅与控制脉冲频率的关系表示，是衡量电动机运行平稳性的重要特性，振动特性的特点是在不同的频域会出现一些峰值点和振幅增大的区间，前者是某一谐波转矩的频率与固有频率相一致的谐振点；后者则属于零阻尼或负阻尼状态的不稳定区。
图1表示实测的典型的振动特性，被测步进电动机是一台86bh250b型二相混合式步进电动机，基本技术数据为：相绕组电阻r=1.2ω，电感l=10. 0mh，转子转动惯量j=2.4×10-4kg．，旋转电势系数ke=0. 028 6v/(rad/s)，阻尼系数p=l.4×10-4nm/(rad/s)，额定相电流1= 3a;保持转矩tk≥5nm，定位转矩to=0.15nm，转子齿数z= 50，配套的电流控制型驱动器通电状态数可以为m=1、4、8、10或20，功放级电压实验时为30v。
2.1频域的划分
步进电动机有自己的固有频率或自然频率，工程上用下式估算：
将被试电机的数据代人为：
习惯上把fcp=fo附近及以下的频域称为低频段；高频段的划定不是根据频率的****值，通常以fcp=mifo附近及以上的频域称为高频段，以上二个频域之间称为中频段。
以图la的特性为例，fo≈160脉冲／s，m1=20，大体上的划分可认为，200脉冲／s以下为低频段，3 000脉冲／s以上为高频段，200～3 000脉冲／s之间称为中频段。图la的特性按频段划分可以看出，在低频段fcp=160脉冲／s处有一峰值，这就是通常所说的低频谐振点；中频段在fcp=400脉冲／s和800脉冲处有谐振点，且fy=5fo处的振幅较高，比较突出；高频段在fe=3 200脉冲／s附近有一振荡区，在fp>3 600脉冲／s处有较明显的不稳定区。
2.2基本电磁周期
步进电机是在不同频率输入脉冲的控制下，按一定的逻辑状态循环通电而运转的，因此存在着二种基本电磁周期，其一是拉制脉冲频率fcp的倒数，即控制脉冲周期：
另一是以通电逻辑循环为周期的电磁系统基波周期，如果电动机的逻辑通电状态数为m1，则有：
电机绕组电压、电流的基波频率为：
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