在电源技术论坛上探索步进电机位移的模糊PID控制之旅

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，将電脉衝信号轉變成位移信号，即給一個脈衝信號，步進電機就轉動一個角度。步進電機内部各控制变量高度非线性且相互耦合，而傳統PID控制是以精确数学模型為基礎的，不可能有效應對系統的不確定信息，用不變的PID參數不可能達到較好的控結果。模糊控制不需要對象的精確數學模型，对系統變化不敏感，有良好的抗干扰能力。但由於它的模糊性，有著較差的穩態精度。对于這種情況，可以把模糊控制和PID 控制結合起來。

2混合式步進電機數學模式

本文采用兩相步進電機，在忽略互感、漏磁、磁滯、涡流、饱和等影響的情況下，我們采用可以對一相用一等值有效RL電路繞組進行分析。我們選用4拍走法，並設以A相為基準，那麼B相滞後A相90°則有以下電流方程：

3 步進電機模糊PI D設計

在工業控里，一個非常重要的是要能夠調整一些參數，比如說Kp Ki Kd 這些都是很重要的一部分，這樣才能讓我們得到更好得結果。在這裡我使用了二維模雜推理輸入語言為偏差E 和偏差變化率EC 模雜域[-3 -3] 出力為P I D 的三個增量 ΔP ΔI ΔD ,將輸入語言E EC 和出力語言ΔP ΔI ΔD 的語言值選擇都選七個，即{負大（NB），負中（NM），負小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM），正大（PB）。

4 仿真結果分析

在給定的位置輸入同樣為10rad的情況下，由圖5可以看出當採用了模雜PI D時，其響應更加迅速，並且超調量很小，是單純PI D無法達到的水平。此外，由於採用了自動切換策略，因此系統過程中的穩定性也獲得了顯著提升。

5 結束語

總結來說，本文通過實現了一種新的複合控方法，它能夠根據誤差大小自動切換至最佳控策略，這使得該方法適用於廣泛類型不同的應用環境，而且因其優秀性能而被認可。本研究工作提供了一個新的途徑來改善與提高電子設備之間交互操作效率及穩定性，并有助于開發更多創新產品與技術。

6 參考文獻

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