基于模糊pid控制步进电机自动聚焦研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第6期(总第151期)机械工程与自动化No．62008年12月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10NDec．文章编号：1672—6413(2008)06—0152—03基于模糊PID控制的步进电机自动聚焦的研究赵轶彦，何小刚(太原理工大学信息工程学院，山西太原030024)摘要：介绍了基于Fuzzy--PID控制的精确、快速、稳定定位自动聚焦系统。控制参数根据不同的偏差要求，运用模糊PID控制选择不同的参数，从而改善各局部性能，促使整体性能提高。在系统中，用软件实现单片机

2、对步进电机高效、节能的驱动方案；为克服步进电机以低于极限启动频率恒速运行时间过长的缺点，运用加减速控制，使步进电机的响应速度加快，运行平稳，噪声降低，并且避免发生过冲的现象，实现高效控制。关键词：模糊PID控制；自动聚焦；步进电机中图分类号：TM32文献标识码：A0引言的情况下仍可得到快速、强鲁棒性的控制效果r1]。人类传递信息的主要媒介是语音和图像。随着科1自动聚焦系统组成技的飞速发展，数字成像系统中的精确、快速聚焦问一个典型的自动聚焦系统应具备以下几个单元：题受到人们的普遍关注，自动聚焦技术的应用显得越成像光学镜头、成像器件、自

3、动对焦单元和镜头驱动来越重要。本文将模糊推理机制和常规PID控制结合单元。一体化摄像头控制系统原理见图1。如果系统没起来，针对单片机设计了一种PID参数自调整有对焦，则在成像面上获得的是模糊的图像，由自动Fuzzy—PID控制器，应用于由步进电机、单片机、驱对焦单元经过计算，得到相关的信息，去控制对焦镜动机构和传动机构组成的三维精密定位系统。模糊头向正焦方向移动，从而使系统处于正确对焦的状态，PID控制器的突出优点是系统在参数变化、负载扰动获得清晰的图像。光图1一体化摄像头控制系统原理图由于自动聚焦系统本身是一套闭环控制系统，首晰对

4、焦，如果对焦不清晰，该模块还要估计图像的离先要根据DSP获得的图像信息来判断系统目前是否焦量。控制模块运用分析模块提供的信息，调整系统处于正确对焦状态，若系统偏离对焦状态，单片机系的状态，使输人图像很好地对焦。统还要给出控制策略去驱动电机，带动镜头移动，在2步进电机控制方案设计尽量短的时间内使整个系统达到正确对焦的状态。可对于步进电机的速度控制系统，为了解决启动过见自动对焦系统一般由两个功能模块构成[1]，即分析程丢步和停止过程的过冲问题，一般采取“加速一恒模块和控制模块。分析模块判断一幅输入图像是否清速一减速一停止”的过程，如图2

5、中虚线所示。而为收稿日期：2008—03—11；修回日期：2008—07～13作者简介：赵轶彦(1979一)，男．山西晋中人，硕士研究生，研究方向：智能仪表。学兔兔www.xuetutu.com2008年第6期赵轶彦，等：基于模糊PID控制的步进电机自动聚焦的研究·153·了使步进电机的响应速度加快，运行平稳，噪声降低，图5。采用图2中实线的控制过程是很理想的。本论文正是基于这种控制策略，同时为了精确控制步进电机的速度，采用Fuzzy—PID控制L2]。我们设计了一种参数因子自调整的Fuzzy—PID控制器，原理图见图3。Fuzzy

6、—PID参数自调整机构根据输入信号(偏差e和偏差变化)的大小、方向等特征，通过Fuzzy推理做出相应决策，调整PID参数K，、K、K。以达到满意的控制效果。我们选取feI和feI为输入变量，把fe{分为“大图2最佳控制曲线(L)”、“中(M)”和“小(S)”3个等级；把1分为“大(I)”和“小(S)”两个等级。其隶属函数分别见图4和图3Fuzzy—PID控制原理图清晰化计算，可以求出对应论域中的隶属度最大的元素，这个元素就是输出控制的清晰值。计算机离线运算得到的模糊控制器的总控制表经过系统在线反复调试、修改，最后由一个查询该表的子程

7、序管理，得到系统模糊控制查询表(见表2)，利用模糊控制器对步进电机系统参数进行合理配置，驱动步进电机平稳、快速运行和精确定位。图4lel隶属函数表1模糊控制规则表(“)EE(，NLNMNSN0P0PSPMPLNLPLPLPMPMPMPS0oNSPMPMPSPSPS0NSNSoPMPSPSO0NSNSNMPSPSPS0NSNSNSNMNMPL0ONSNMNMNMNBNB表2模糊控制查询表(“)EEc图5lei隶属函数一3—2—1一O+0+l+2+3在实际控制过程中，当大的误差存在时，控制器—一254332lO一2—1322l0一l一2

8、—3的主要任务是尽快地消除误差，因此，此时对误差应032lO0一l一2—3给予较大的作用权系数；当误差较小时，控制器的主+l21O一1—2—2—3——4要任务是避免超调，以使系统尽快地进入稳定，此时，+2l00一l一2—3—4—5应对