触动心弦的开关电源之旅情感共鸣中的位移模糊PID控制探索
导语：
伺服系统步进电机PID控制
摘要：
步进电机是数字离散电机，特别适用于数字离散控制。但是其数学模型具有高度非线性的特点，PID控制难以实现较高精度性能，本文把模糊控制和PID控制结合起来，根据设置好的误差范围，实现自动切换。
关键词：步进电机 模糊控制 PID 参数自整定 数学模型 仿真
前言
步进电机本质上是数字离散电机，直接接受数字量，将电子脉冲信号转变成位移信号，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度。步进电机会内部各个控变量高度非线性且相互耦合，而传统的PID（比例、积分、微分）调节器作为一种基于精确数学模型的调节器，对于这种高度非线性的被控对象来说，用不变的参数不可能达到较好的控制结果。模糊逻辑则因为它对系统变化不敏感、鲁棒性好、抗干扰强而受到了广泛关注。但由于它在稳态精度方面存在不足，可以将两者结合起来，以此来提高系统的整体性能。
混合式步进电机数学模型
在忽略了互感效应、漏磁效应以及磁滞效应等影响的情况下，我们采用可以对于一相用一等值有效RL電路绕组进行分析。选用4拍步進方式，并设A相为基准，则B相与A相之间有90°的滞后关系，这样我们可以得到以下電流方程：
根据力學定律可以寫出電機運動方程：
其中T為轉矩，是負載轉矩；J為轉動惯量；b為粘滞摩擦系数；ω為轉子角速度假設負載轉矩為零則有以下微分方程：
步進電機模糊PID設計
在工業自動化中，PID調節器是一種廣泛應用的數字調節方法，用於計算機對其采樣進行離散化，可以實現數字PI&D調節公式。這篇文章採用二維模糊系統，其中輸入模糊語言變量E和EC選擇[-3, 3]範圍，其輸出則是三個調節增量Kp, Ki, Kd選擇[-0.5, 0.5]範圍，並將E, EC及增量選取七個語義水平{NB (負大), NM (負中), NS (負小), ZR(零), PS(正小), PM(正中), PB(正大)}。
模型建立與仿真結果分析
我們首先建立了SIMULINK仿真模型並進行了系統測試。在給定的位置輸入相同的情況下，不同的模式都能夠達到要求，但是在使用單純的PI&D時期間出了較大的抖動。而採用了混合式PI&D後，這些抖動幾乎消失，使得系統響應更加迅速且穩定性更佳。
結論：
通過對比不同模式下的表現，我們發現在結合了PI&D與模糊邏輯後，可獲得更優秀的情況。此外，由於這類系統容易因最大启动转速導致失去同步問題，因此需要考慮如何平衡启动和停止時間以保持最佳性能。我們建議透過修改KP參數來實現此目標，因為KP參數影響著開關設備所需時間，而不是所有開關設備都會同時工作，所以我們可以根據具體情況做出調整，以獲得最適化效果。
作者簡介：
孫攀軍（1984-），男漢族河南商丘人，在太原科技大學攻讀碩士學位，有研究生背景專長於控制理論與工程。
闫学文（1959-），男汉族山西晋城人，在太原科技大学任教，有教授資格專長於自動化與信息技術。
