【摘 要】 介绍了一种步进电动机仿真软件-smss，说明了软件的主要使用流程，给出了仿真结果。
【关键词】 步进电动机系统 仿真 cad
stepping motor system simulation software
shi jingzhuo
(harbin institute of technology,harbin 150001)
ren lei
(tsinghua university,beijing 100084)
wang zongpei
(harbin institute of technology,harbin 150001)
【abstract】 this paper introduced a new software package of the stepping motor system simulation-smss.in this paper,we gave out the operating process of smss,and some of the typical results of the simulation.
【keywords】 stepping motor system simulation cad
1 引 言
smss(stepping motor system simulation)是恒频斩波恒总流驱动五相混合式步进电动机系统稳态仿真软件。步进电动机系统稳态特性，主要指它的牵出特性，是对步进电动机、步进电动机驱动器及步进应用系统设计的主要目标和依据。所以对步进电动机系统稳态特性，特别是牵出特性的仿真很重要，一直受到重视。但是，由于步进电动机的结构及运行条件都区别于常规的电动机，再加上步进电动机有各种不同的相数、不同的绕组联接、不同的通电方式、不同的驱动主电路结构和控制方法等，使得问题复杂化，至今还没有一个统一的通用仿真软件。到目前为止研究得较多，较为完善的是二相混合式步进电动机定电流驱动系统［1，2，3］。同样是主流产品，应用很广的五相混合式步进电动机系统，则相差很远，由于电路拓朴结构复杂，至今还没有较为完善的仿真软件。本文介绍的smss软件是近期研究的阶段性成果，为五相混合式步进电动机系统的研究和设计提供了重要的方法和手段。对模型的正确性、实验校核及应用举例等在文献［4－7］中说明，在此只对总结性的成果-smss做一介绍。
2 smss的主要功能
对于恒频斩波恒总流驱动五相混合式步进电动机系统，其电动机绕组与驱动器之间的联接方法可以有五星形、五边形、五角形(新五边形)等三种，系统的通电方式主要有4-5半步、4-4整步等两种。smss的仿真对象可以是上述不同联接方法、通电方式的任意一种组合。图1是smss的功能选择窗口。在这个窗口中给出了对绕组联接方法、通电方式的选择框，可以根据具体情况进行选择。
图1 smss的选择窗口
参看图1，smss给出的主要仿真结果分为绕组电流、牵出特性、牵出特性优化等三个渐进的层次。同时，使用者可以对仿真使用数据来源做出选择。步进电动机系统仿真所需的重要参数是绕组电感和旋转电势系数，smss提供了由电机尺寸等数据，通过磁场计算得出这两个参数的功能。如果在图1所示的窗口中选用计算参数，smss会要求输入相应的电机尺寸等数据；否则，smss会要求输入绕组电感和旋转电势系数的实验测试结果。
3 smss的数据输入
图2是smss的数据输入窗口。smss要求输入的数据依选择窗口中选择的不同而异。该窗口对当前要输入数据的含义、单位给出简单的文字提示，并提供实例输入参考，对于已输入的数据进行实时显示，便于使用。
图2 smss的数据输入窗口
4 smss的计算和数据处理
图3是smss的计算窗口。smss可以显示当前运行进程，并提供计算过程时间以供参考。计算结束，将出现图4所示的数据处理窗口。这一窗口为仿真结果的即时处理提供了方便。其中包含两个子窗口，分别进行数据浏览和图形(波形)显示。
图3 smss的计算窗口
图4 smss的数据处理窗口
5 smss的仿真结果示例
smss的仿真结果根据仿真任务选择的不同而异。当对绕组电流进行仿真时，得到的仿真结果包括绕组电流、绕组电压、绕组旋转电压、总电流、电流反馈、电磁转矩、驱动器斩波占空比等波形；当对牵出特性进行仿真时，得到的仿真结果包括牵出特性、总电流变化、驱动器斩波占空比变化、超前角(功角)变化、电磁转矩波动变化等曲线；当对牵出特性进行优化时，得到的仿真结果包括最优驱动器控制参数、最优牵出特性及相应的总电流变化、驱动器斩波占空比变化、超前角(功角)变化、电磁转矩波动变化曲线。
图5、6分别给出了绕组电流仿真、牵出特性仿真时的主要结果。牵出特性优化的仿真结果示例，在可参看文献［4］。
(pk566电机，csd5714nb驱动器，五星形，4-5半步)
图5 绕组电流仿真主要结果示例
(pk566电机，csd5714nb驱动器，五星形，4-5半步)
图6 牵出特性仿真主要结果示例
作者单位：史敬灼 哈尔滨工业大学 哈尔滨 150001
任雷 清华大学 北京 100084
王宗培 哈尔滨工业大学 哈尔滨 150001
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