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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)
1 前言
步进电机本质上是数字离散电机，直接接受数字量，将電脉衝信号转变成位移信号，即給一個脉冲信号，步進電機就轉動一個角度。步進電機内部各控變量高度非線性且相互耦合，而傳統PID控制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制結果。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。但是，由於它的模糊性，有著較差的情況下穩態精度好。此時，可以將模糊與PID結合起來。
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、饱和等影響的情况下，我們采用可以对于一相用一等值有效RL電路绕組進行分析。選用4拍步進方式，以A相為基準則B相滞後A相90°角度則有以下電流方程：
根據力學定律可以寫出電子機械運動方程：
其中 電機轉矩為負載轉矩 為轉動惯量 為粘滯摩擦系数 為轉子角速度 假設負載轉矩為零則有以下微分方程：
3 步進電機模糊PID設計
在工業自動化中，PI/PD及Fuzzy Logic Controller（FLC）已經成為常用的調節器。在此背景下，這篇文章提出了一種新的混合PI/PD-Fuzzy LogicController（FLC）的概念，並且這個混合算法能夠提供更佳之性能。
4 仿真結果分析
圖5顯示了當使用我們所提出的方法時，其響應時間大約只需0.01秒，比其他方法快很多。此外，它還展現出了極低之振盪水平，因而得到了改善之效能。
5 結論
通過研究不同類型的調節器以及他們在實際應用的效果，本文展示了如何通過結合PI/PD及Fuzzy LogicController（FLC），從而創建出一個更加強大的調節策略。這種策略能夠提高系統效率，並減少過濾器損耗。本文也討論了未來開發方向，以及如何將這個新技術應用於更多領域中。
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