步進電機位移的模糊PID控制設(shè)計方案

1、步進電機位移的模糊pid控制設(shè)計方案 本質(zhì)上是數(shù)字離散電機，挺直接受數(shù)字量，將電脈沖信號改變成位移信號，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度。步進電機內(nèi)部各控制變量高度非線性且互相耦合，而傳統(tǒng)pid控制是以精確數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的，無法有效應(yīng)對系統(tǒng)的不確定信息，用不變的pid參數(shù)不行能達到較好的控制結(jié)果。含糊控制不需要對象的精確數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)變幻不敏感，魯棒性好，抗干擾性強。但是因為它的含糊性，穩(wěn)態(tài)精度不好。對于這種狀況，可以把含糊控制和pid控制結(jié)合起來。 2 混合式步進電機數(shù)學(xué)模型本文采納兩相步進電機，在忽視互感、漏磁、磁滯、渦流、飽和等影響的狀況下，我們采納可以對于一相用一等值有效rl

2、繞組舉行分析。選用4拍步進方式，設(shè)以a相為基準(zhǔn)，則b相滯后a相90電角度，則有以下方程：按照力學(xué)定律可以寫出的機械運動方程：其中 電機轉(zhuǎn)矩， 為負載轉(zhuǎn)矩， 為轉(zhuǎn)動慣量， 為粘滯摩擦系數(shù)， 為轉(zhuǎn)子角速度，假設(shè)負載轉(zhuǎn)矩為零，則有以下微分方程：則式（1 ）、（2）式、（3）、（4）組成了兩相步進電機的數(shù)學(xué)模型，從中可以看到步進電機是一個高度非線性被控對象，這就要求控制辦法十分復(fù)雜，而含糊控制正巧適用這一特性。3 步進電機含糊pid設(shè)計在工業(yè)控制中，pid控制是應(yīng)用最廣泛的模擬控制辦法，用計算機對其采樣舉行離散化，可以實現(xiàn)數(shù)字pid公式本文采納二維含糊控制系統(tǒng)，含糊推理輸入含糊語言變量為偏差e和偏差變

3、幻率ec含糊域為-3 3,輸出為pid的三個變幻增量 、 、 ,將輸入含糊語言變量e .ec和輸出含糊語言變量 的語言值選為都選為7個，即負大（nb），負中(nm)，負小(ns)，零(z)，正小(ps)，正中(pm)，正大(pb)。設(shè)控量偏差和偏差變幻率以及 、 、 的基本論域-0.5 0.5則可以確定量化因子和含糊因子表1 kp含糊規(guī)章表2 ki含糊規(guī)章表3 kd含糊規(guī)章含糊推理和解含糊也很重要，解含糊是按照含糊推理的結(jié)果，繪出控制量的過程，常用的辦法有最大隸屬度法 中位數(shù)法 加權(quán)平均法,最大隸屬度具有梯形中斷性不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定,而加權(quán)平均法有益于系統(tǒng)穩(wěn)定,所以本文采納加權(quán)推理.圖2 步進電

4、機含糊pid控制simulink模型含糊控制器具有良好的動態(tài)特性,但是靜態(tài)特性不能獲得愜意,而pid控制具有較高的穩(wěn)態(tài)靜態(tài)精度,。把pid控制引入含糊控制器中，大范圍誤差范圍內(nèi)采納含糊控制，在小范圍誤差換成pid控制，兩者的轉(zhuǎn)換由預(yù)先設(shè)置的程序控制按照誤差范圍自動實現(xiàn)。4 仿真結(jié)果分析在給定位置輸入同樣為10rad的狀況下，圖4終于也達到了要求，但是中間出了較大的顫動，而采納了含糊pid控制后，從圖5可以看出系統(tǒng)響應(yīng)越發(fā)快速，并且超調(diào)量很小，過程的穩(wěn)定性也大大的提高。解釋采納含糊pid控制達到了控制系統(tǒng)的基本要求，比起單純的pid控制的確具有優(yōu)越性。5 結(jié)束語通過步進電機建模得到，步進電機是復(fù)雜的高度非線性系統(tǒng)，而本文的含糊pid控制系統(tǒng)，比一般的pid控制有了很大的提高，但是因為步進電機最大啟動轉(zhuǎn)速 的存在，造成易于失步和震蕩，為了盡可能保持穩(wěn)定性和的啟動和停止時光，可以采納含糊自整定技