触动心弦的电机之旅模糊PID控制的探索
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，将電脉冲信号转变成位移信号，即给一个脉冲信号，步进電機就轉動一個角度。步進電機內部各控變量高度非線性且相互耦合，而傳統PID控法是以精確數學模型為基礎的，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。模糊控法不需要對象的精確數學模型，对系統變化不敏感，魯棒性好，但由於它的模糊性，不利於穩態精度。
2混合式步進電機數學模型
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拍步進方式，以A相為基準則B相滞後A相90°角度，其有以下電流方程：
3 步進電機模糊PID設計
在工業控中,PID控法是我們應用的最廣泛方法，用計算機對其采樣進行離散化，可以實現數字PID公式I-KP=Kp*(E+TDE) I-KI=KISE I-KD=KD*DDE 其中 E 是輸入誤差 DDE 是誤差改變率 S 是積分時間 T 是衰減因子 Kp KI KD 分別為比例增益 整定增益 微分增益 本文采用二維模糊推理輸入域[-3 3] 出口域[-0.5 0.5] 將偏差E 和偏差改變率EC 作為輸入語彙選擇7個即{負大（NB），負中（NM），負小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM），正大（PB）} 并將KP KI KD 的基本論域設置为[-0.5 0.5]
4 模擬結果分析
在給定的位置輸入同樣為10rad情況下，由圖可知最後也達到了要求，但是中間出了較大的抖動。而採用了模糊PI&D 控制後從圖可看出系統響應更加迅速，並且超調量很小過程中的穩定性也提高了許多，這證明了採用這種技術可以達到我們所需的一致性與準確性。
結束語：
通過這些研究，我們得知如何使用更先進技術來提高伺服系統性能。在未來工作中，我們將繼續研究如何優化這些算法以滿足特定的應用需求。此外，我們還會考慮其他方法，如神經網絡或演化算法，以見是否能夠提供更好的解決方案。
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作者简介：
孙攀军 男 汉族 河南商丘 太原科技大学 研究生 控制理论与自动化学家。
闫学文 男 汉族 山西太原 太原科技大学 教授 控制理论与自动化学家。
