基于模糊pid的步进电机控制技术.研究

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1、浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容

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3、展，推动了步进电机的发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景【l】。目前在数控生产和经济型定位系统改造及机器人等定位系统的应用领域，有三分之二以上采用的是步进电机作为伺服控制系统的【2】。70年代中期至80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。80年代中期以来，由于对步进电动机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电动机及驱动器作为产品被广泛利用【3】。目前，混合式步进电动机主要应用于要求较高分辨率的开环定位系统和低速开环调速系统，组成的系统简单方便、成本低，至今还没有更合适的取代它的产品。但开环控制使系统存在振荡区，在使用时必须避开振荡点，否则速度波动很大，严重时可能

4、导致失步；同时起动受到限制，一般要通过控制外加的速度给定按一定的升速规律实现起动，必须有足够长的升速过程，导致在速度变化率较大的场合的使用受到了限制；另外，抗负载波动的能力较差，如果负载出现冲击转矩，电机可能失步或堵转【4】，所以一般不能满载运行，必须留有足够的余量，导致电机容量得不到充分应用，开环控制一般无法有效实现功角控制。传统的经典控制理论无法有效应对系统的不确定信息。理论和实践均表明，简单地采用经典控制理论的步进电机系统难以达到满意的控制效果，高性能的伺服系统需要现代控制理论的支撑。刘妹琴【51、周哉【61、N．ErtugrulE71都对此进行了深入的研究，周哉结合了模糊控制与

5、神经元控制的特点设计了模糊神经元控制器，N．Ertugru!采用了基于电机模型的模糊控制方法，对电机的控制性能都有一定程度的改善。浙江．I：业大学硕十学位论文目前比较普遍的步进电机控制器，控制性能上良莠不齐，但人机交互界面就显得比较单调，．中低端产品一般采用LED、数码管显示，相对高端产品也一般采用低端的液晶汉字显示模块，然而随着科技发展，拥有良好步人机交互界面的步进电机控制器慢慢成为趋势。本文以步进电机为对象，以高性能的位置伺服及人机交互显示系统为目标，结合经典的控制理论与现代控制理论，进行了步进电机控制系统的研究，构建了步进电机控制器，设计了软硬件验证平台，提高了步进电机控制器性能

6、。1．2电机控制策略电机控制包含丰富的内容。就主传动机电能转换角度而言，电机控制系统的发展，由机械控制系统、机械和电气联合控制系统发展到全电气控制系统；从控制电路来说，由模拟电路j数字和模拟混合电路发展到全数字电路控制系统：从控制策略来说，由低效有级控制、低效率无级控制、改进型高效率无级控制，现在发展到由高性能智能型控制系统(如神经网络控制、模糊逻辑控制、模糊神经网络控制等电机控制系统)；．从电力电子控制器结构来说，由体积庞大的电子管控制系统，小功率晶体管控制系统、大功率无自关断能力的晶闸管控制系统发展到全控型电力电子器件构成的控制系统。1．2．1电机开环控制与闭环控制电机控制中按照有

7、无反馈测量装置分类，电机控制系统分为两种基本形式，即开环控制系统和闭环控制系统如图卜1。其中(a)为开环控制，(b)为闭环控制。(a)开环控制(b)闭环控制图1．1电机控制系统图浙江1二业大学硕十学位论文步进电动机的最早应用是开环系统，现在工业大量使用的也是开环系统。步进电机的设计思想使它开环运行的精度高于通常种类的电机，其运行速度与控制脉冲频率呈严格的正比关系，转过的角度与控制脉冲的个数呈严格的正比关系。步进电机开环控制系统适用于有控制精度要