本站原创该文是参考文献专业控制系统论文范文，主要论述了控制系统相关函授毕业论文,与混合式步进电机的模糊数字控制系统相关论文范文素材，适合控制系统及参考文献及自动化控制系统方面的的大学硕士和本科毕业论文以及控制系统相关开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要 ：混合式步进电机作为一种高转矩低转速的伺服电机,广泛应用于受微处理器控制的需要高精度定位的场合.但是电机参数的时变性会在驱动电机运行时造成失步.开环控制效果不太理想,因此需要闭环控制.本文介绍了一种基于模糊控制的混合式步进电机控制系统,实验证明该控制系统能达到较好的控制精度.
关 键 词 ：步进电机 模糊控制 DSP
中图分类号：TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0018-02
1.引言
步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中.步进电机和普通电机的区别主要就在于其驱动形式为脉冲驱动,因此可以和现代的数字控制技术相结合,其特点适用于高精度要求的场合.由于在实际使用当中存在各种干扰,在混合式步进电机控制当中如使用传统的PID控制,效果不是很理想[1].模糊逻辑控制在非精确、非确定系统的控制中有明显的优势.因此,本文采用模糊PID参数整定方法,可根据实际情况自动调节参数,有较好的鲁棒性.
2.两相混合式步进电机数学模型
两相混合式步进电机,其简化的磁网络模型,如图1所示,模型中忽略了定子极间的漏磁、永磁体的漏磁回路、径向和轴向轭部磁路的磁阻[2].
图中Λa1、Λb1、Λc1、Λd1为I端铁心相应极的磁导；Λa2、Λb2、Λc2、Λd2为II端铁心段相应极的磁导.这些磁导参数都是转子位置角的周期函数.Λm为永磁体内部磁导,Fm为永磁体磁势.
取定子A极上小齿的中线为转子位置角的参考坐标,以转子小齿中心线与参考坐标间的夹角表示转子的角位置θ（电角度）；即当A极下定转子齿对齿时,θ等于0,因为周期性磁导的二次以上各次谐波分量相较于基波影响很小,可以对其忽略[3],可得磁导表达式：
（1）
式中,Λ0为一端铁心段一相两个极齿层磁导的平均分量；Λ1上述齿层磁导的基波分量.
由（1）式可得出A、B相的自电感LA、LB和互电感LAB.
（2）
（3）
（4）
两相混合式步进电机的电压平衡方程为：
（5）
ke为反电动势系数.ω为转子的机械角速度.
两相混合式步进电机的电磁转矩为：
（6）
N为定子每极绕组匝数,ZR为转子齿数,Im为励磁电流,LAm、LBm为定子与转子永磁体等效励磁绕组的互感,Nm为将永磁体等效为励磁绕组的匝数,Λm为永磁体内部磁导,为永磁体内部磁压降系数.
两相混合式步进电机的转矩方程为：
（7）
式中,J为转动惯量；B为粘滞摩擦系数；TL为负载转矩.
两相混合式步进电机的运动方程为：
（8）
式（5）、（6）、（7）、（8）构成了两相混合式步进电机的数学模型.此数学模型将为后面的插补算法提供一个明确的控制对象,为更精确的插补打下基础.
3.模糊控制器设计
本文中的控制器采用模糊PID控制规则,因此需要对PID参数进行模糊自整定.控制系统框图如图2所示.
模糊PID控制结构如图3,通过识别当前的轮廓误差和轮廓误差变化率,利用模糊规则进行模糊推理,然后给出KP、KI、KD的相应数值.
输入分别为误差EC和误差变化eEC,输出为控制量的增量△u,相应的模糊变量为E、EC、△U,模糊子集为[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PM],且为对称三角形隶属度函数[4].
根据KP、KI、KD的调节作用,可采用模糊规则如表1～表3：
其模糊规则曲面如图4～6所示.
4.实验结果
对由TM320F2812 DSP芯片实现的模糊PID混合式步进电机控制系统进行了实验.实验对象为一台两相混合式步进电机,极对数为2,齿数为50,电感为0.037H.实验得到的A和C相电压波形如图7所示.
5.结语
在动态中进行的,较常采用的PID算法不能适应控制过程中出现的参数变化情况,而且本文中的控制对象为两相混合式步进电机,存在磁场强耦合和参数非线性的情况.因此,在针对两相混合式步进电机进行分析的基础上,得出了其数学模型,采用了模糊自整定PID参数的方法,取得了一定的效果,能较好的处理控制过程中出现的参数变化情况.