触动心弦的电源适配器探索模糊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，不利于稳态精度。本文将两者结合，以提高系统整体性能。
2混合式步进電機數學模型
在忽略互感、漏磁、磁滞、涡流、饱和等影响的情况下，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，并设以A相为基准，则B相滞后A相90°角度，则有以下電流方程：
根据力学定律，可以写出電動機的机械运动方程：
其中 电機轉矩為負載轉矩，为转动惯量，为粘滞摩擦系数，为转子角速度，由负载转矩为零得微分方程：
则式（1）、（2）式、（3）、（4）组成了两相歩進電機的一個高度非線性被控對象，這就要求調節方法非常複雜，而模糊調節正好適應這種特點。
3歩進電機模糊PI调节设计
在工业调节中，加速计算机会采样进行离散化，可以实现数码PI公式：
本文采用二维调节系統，将输入语言变量E与EC作为偏差与偏差变化率，以[-3 3]区间内均匀分布7个云状区间{负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(Z)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}作为输出语言变量Kp/Ki/Kd调整增益参数。在此基础上，每个云状区间选取5个中心点，使得总共有35条规则。
表1 Kp模糊规则
表2 Ki模糊规则
表3 Kd模 糖法规则
解释推理过程并通过加权平均法来确定每个输出增益值，这种方法能够提供更好的稳定性和响应速度，同时避免了最大隶属度法带来的梯形中断问题。
4仿真结果分析
图示展示了基于SIMULINK软件环境下的仿真结果，从图可见，在同样的位置输入情况下，只使用单纯的PID调节策略时出现了明显抖动现象。而引入了本文提出的混合调节策略后，如图所示，其响应更加迅速且超调幅度极小，这进一步证明了该策略在实际应用中的优越性能。
5结束语
通过对比实验数据，我们发现利用这种融合技术可以显著提高整个系统效率及反馈质量，而且其灵活性也使其适用于各种复杂场景。此外，该方法还能减少人工干预，从而降低成本并提升生产效率。这项研究对未来智能制造领域具有重要意义，并期待未来的研究将继续深化这一概念，以创造更加先进、高效的人工智能解决方案。
