步进电机位移的模煳pid控制设计方案

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1、步进电机位移的模糊PID控制设计方案摘要   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 ControlSunPanJun   YanXueWen (SchoolofElectronicInformationEngineering TaiYuanUniversityofScienceAndTe

2、chnology)     Abstract  Steppermotorisadigitaldiscretemotor,thatisespecialsuitablefordigitaldiscretecontrol. Butitsmathematicalmodelishighlynonlinear,PIDcontrolisdifficulttoachievehighprecisionperformance, the papercombinesthefuzzycontrolwithPIDcontrol。Accordingtosetgooderro

3、rrange,thesystemcanachieveautomaticswitching.     Keywords steppermotorPIDFuzzycontrolParameterSelf-tuningMathematicalModelSimulation        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

4、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，抗干扰性强。但是由于它的模糊性，稳态精度不好。对于这种情况，可以把模糊控制和PID控制结合起来。        2混合式步进电机数学模型     本文采用两相步进电机，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电路绕组进行分析。选用4拍步进方式，设以A相为基准，则B相滞后A相90电角度，则有以下电流方程：                                         根据力学定律可以写出电动机的机械

5、运动方程：                                   其中电机转矩，为负载转矩，为转动惯量，为粘滞摩擦系数，为转子角速度，假设负载转矩为零，则有以下微分方程：                       则式（1）、（2）式、（3）、（4）组成了两相步进电机的数学模型，从中可以看到步进电机是一个高度非线性被控对象，这就要求控制方法非常复杂，而模糊控制正好适用这一特性。      3步进电机模糊PID设计     在工业控制中，PID控制是应用最广泛的模拟控制方法，用计算机对其采样进行离散化，可以实现数字PID公式   

6、                                  本文采用二维模糊控制系统，模糊推理输入模糊语言变量为偏差E和偏差变化率EC模糊域为[-3 3],输出为PID的三个变化增量、、,将输入模糊语言变量E.EC和输出模糊语言变量  的语言值选为都选为7个，即{负大（NB），负中(NM)，负小(NS)，零(Z)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}。      设控量偏差和偏差变化率以及、、的基本论域[-0.5 0.5]则可以确定量化因子和模糊因子                                         

7、 表1KP模糊规则                                            表2KI模糊规则                                            表3KD模糊规则模糊推理和解模糊也很重要，解模糊是根据模糊推理的结果，绘出控制量的过程，常用的方法有最大隶属度法中位数法加权平均法,最大隶属度具有梯形中断性不利于系统的稳定,而加权平均法有益于系统稳定,所以本文采用加权推理..                                 图2  步进电机模糊PID控制SIMULINK仿

8、真模型      模糊控制器具有良好的动态特性,但是静态特性不能获得满意,而PID控制具有较高的稳态静态精度,。把PID控制引入模糊控制器中，大范围误