步进电机系统不同参数对振动特性的影响(3)
王宗培 孙宝奎（哈尔滨工业大学150001）
程 智 陈永校（浙江大学）
摘 要 本文是全文的第三部分，介绍负载参数对振动特性的影响。
叙 词 步进电动机振动特性负载参数
1粘滞（阻尼）系数的影响
与电动机的角速度成正比变化的负载转矩称为粘滞摩擦负载，没有外加的粘滞摩擦负载时，电动机本身不是一个理想的机械系统，存在着不大的阻力转矩，其中包含小的库仑摩擦转矩及小的粘滞摩擦负载转矩。电动机的运动方程式为：
要说明的是混合式步进电动机本身的摩擦负载转矩，不是真正的纯机械负载转矩，实际上主要是铁损耗引起的。由转子转动在齿层和定子极身内引超的铁心损耗，需要由电磁功率提供，表现出的铁心损耗转矩，要由电磁转矩负担。其中磁滞损耗对应的转矩，具有类似库仑摩擦转矩的特性；涡流损耗的转矩则具有粘滞摩擦转矩的特性。
在研究振动特性时，阻尼系数是一个很重要的参数，阻尼系数为零或负的系统肯定是不稳定的，图1是电动机空载、本身的阻尼系数不同的情况下振动特性的仿真曲线。可以看出，阻尼系数增大时，低频和中频振荡的振幅有所下降，但变化不是十分显著，对高频不稳定区则产生明显的影响。阻尼系数减小时，高频不稳定区角速度振荡的振幅增大，在一定条件下会失步不能运行；阻尼系数增大，角速度振荡的振幅减小并趋于稳定。加机械阻尼器能改善高频运行的平稳性及提高运行频域的原因就在于此。
应当指出，电磁转矩中的异步转矩分量，与角速度成一定的比例关系，即阻尼转矩的特性，称为电磁阻尼转矩。在运动过程中起阻尼的作用，但是不包括在上述的p之中，它包括在式(1)右端项内。电磁阻尼转矩随角速度增大而上升时为正，随角速度上升而下降时为负，当它为负值且****值达到或超过机械阻尼转矩的值时，整个系统便成为零阻尼或负阻尼，出现不稳定现象。如果人为增大机械阻尼系数，则系统又可回复稳定。仿真所得的结果恰好符合这样的原理性分析。
2摩擦负载的影响
图2示一系列不同大小的摩擦性负载时振动特性的仿真曲线。可以看出摩擦性负载对低频振荡的抑制作用很明显。低频谐振时，电动机的角速度一般在正负之间波动，摩擦性负载在角速度改变方向时负载转矩的方向也改变，因而提供了很强的阻尼作用，所以只要略加负载，角速度的波动都得到了有效的抑制。
对于中频段的振荡，摩擦负载也有较明显的抑制作用。曲线表明，当负载继续增大到tl=0.6nm时，中频段的振荡也得到了很好的抑制。此后再进一步增大负载时，对中、低频段的振动特性影响不明显，图3表示fcp=800脉冲／s、tl=o和tl=0.6nm时电压、电流和角速度等的仿真波形，可以清楚地看出加载后的电流波形、转矩波形和角速度波形的变化。
对高频不稳定性的影响。负载较小时，高频不稳定区及角速度振荡的振幅都没有明显的变化，负载进一步增大时，高频不稳定性加剧，不稳定区向低频区移动。
3惯性负载的影响
转动惯量的变化主要影响电机的自然频率，自然频率与转动惯量的平方根的倒数成正比，而低频共振是控制脉冲关于自然频率的谐振，因此增大转动愤量将有助于抑制低频振荡。
惯性负载抑制振荡，平滑运动的作用还可以作如下解释。转子的运动方程重写如下：
当用转子电角速度来表示时，上式可写
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