触动心弦的电源之旅开关电源工作原理图探索
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 Stepper Motor Fuzzy PID Control Sun Pan Jun Yan Xue Wen (School of Electronic Information Engineering Tai Yuan University of Science And Technology)
Abstract:
Stepper motor is a digital discrete motor, that is especial suitable for digital discrete control. But its mathematical model is highly nonlinear, PID control is difficult to achieve high precision performance, the paper combines the fuzzy control with PID control。According to set good error range, the system can achieve automatic switching.
Key words stepper motor PID Fuzzy control Parameter Self-tuning Mathematical Model Simulation
1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。步进电机内部各控制变量高度非线性且相互耦合，而传统PID控制是以精确数学模型为基础的，无法有效应对系统的不确定信息，用不变的PID参数不可能达到较好的控制结果。模糊控制不需要对象的精确数学模型，对系统变化不敏感，鲁棒性好，但由于它的模糊性，稳态精度不好。对于这种情况，可以把模糊控制和PID控制结合起来。
2混合式步进電機數學模式
本文采用兩相步進電機，在忽略互感、漏磁、磁滯、涡流、饱和等影響的情况下，我們采用可以對於一相用一等值有效RL電路绕組進行分析。我們選用4拍步進方式，以A相為基準則B相滞後A相90°電角度，那麼有以下電流方程：
[\begin{aligned} i_a &= \frac{E_a}{R + jX} \ i_b &= \frac{E_b}{R + jX} \ \end{aligned}]
根據力學定律可以寫出電動機的機械運動方程：
[ T_e = K_t * i_a * sin(\theta) - B * N * \omega - K_f * N^2\omega \ M_p\ddot{\theta} = T_e - B\dot{\theta} - K_fN^2\dot{\theta}]
其中 (T_e) 是轉矩，其形式為(K_ti_asin(\theta))，其中 (K_t) 是轉矩常數；(i_a) 是 A 相導通.current；(sin(\theta)) 是轉子位置函數；(B) 是粘滞摩擦系數；(N) 是齒轮比率；(M_p) 是轉子惯量；
假設負載轉矩為零則有以下微分方程：
[ M_p*\ddot{\theta} = K_ti_asin(\theta)]
[ \ddot{i}_a = -(R+jX)i_a + Ecos(θ)/L \ Icos(θ) = L*\dot{i}_a \ J*\ddot{\theta}=T_m-T_c+DNω\ θ''=-(B/D)θ'-(K/D)sin(i)-CDT_c/N/M/T_m+GDM/T_m+NCT_c/M
3 步進電機模糊PI&D設計
在工業控件中,PID控法是應用最廣泛的一種模擬控法，用計算機對其採樣進行離散化，可以達到數字P&D公式
[ u(t)=u_0+\Delta u(t) \ u_0=Pe(t)+I\int e(t)dt+D*e'(t)]
4 步進電機F&PI&D仿真結果分析
在給定的位置輸入相同為10rad的情況下，由圖可看出系統響應較快，並且超調小，更穩定地達到了要求，也就是說利用了F&P&D控法提高了系統性能與穩定性。這表明使用F&P&D控法已經滿足了基本要求，比起單純使用P&D控法確實有優越之處.
5 結束語
通過此研究建立了一個複雜非線性的被控物體-兩向六極無刷直驅馬達-來展示如何將類型II-F&PIDD 控制器應用於無刷直驅馬達中。在未來研究中，我們將繼續探索如何最佳化這種方法，以及如何將它應用于其他類型無刷直驅馬達。此外，我們也會考慮到更高級別的人工智能技術，如深層神經網絡或強化學習算法，以改善整個系統性能.
參考文献:
史敬灼. 步進電動機伺服 controlechnology[M]. 北京: 科学出版社, 2006.
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劉衛國宋受俊三反射式開關交流發生器建模及其常用的調節方法與仿真微泵2007年第40卷 第8期（總第164期）
謝仕宏MATLAB R2008 控制系統動態仿真的實例教程(MATLAB應用丛書)
5.Wang Xiao Ming Electric Machine Single Chip Microcomputer Control Beijing Aerospace University Press June 2008
