触摸电机灵动的模糊PID控制探索

步进电机的模糊PID控制研究

摘要：步进电机作为数字离散电机，在数字离散控制中具有特殊的适用性。然而，由于其数学模型高度非线性的特点，传统的PID控制难以实现高精度性能。本文结合了模糊控制和PID控制，根据设置的误差范围实现自动切换，以提高系统的稳定性和响应速度。

关键词：步进电机、模糊控制、PID参数自整定、数学模型仿真

引言

步进电机是数字离散电机，其内在特性使其非常适合进行数字化操作。然而，由于内部变量高度非线性且相互耦合，传统的PID（比例-积分-导数）控制无法有效应对系统变化，用固定参数难以达到理想效果。模糊控制由于不需要精确数学模型，对系统变化较为灵活，但由于其模糊性的存在，稳态精度有待提升。在这种情况下，将模糊与PID结合起来，可以更好地平衡两者的优缺点。

步进电机数学模型

本文采用了简化两相步进电机会话，即忽略了互感效应、漏磁效应等影响，并假设负载转矩为零。在此基础上建立了机械运动方程及微分方程组，这些方程描述了两个相位之间复杂非线关系。这一复杂性正是模糊理论能够处理的问题。

模糊-PID设计

工业界中广泛应用的数字PI调节器可以通过采样技术转换为算术形式，使之成为计算设备中的实用工具。本文提出了一种基于二维空间上的模糊推理来改善常规PI调节器性能。该方法将偏差E和偏差变化率EC作为输入变量，与输出增量Kp, Ki, Kd进行关联，每个增量都有7个语言值{负大（NB），负中(NM)，负小(NS)，零(Z)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}。这些语言值通过加权平均法解出具体增量值，从而获得最终控策略。