雷賽步進電機(步進電機調速系統算法的設計)

在步進電機速度控制系統的設計中，算法是非常重要的一環。只有確定了算法后，才可以精確控制步進電機的速度，并同時達到精確速度控制的目的。同時，算法也是編寫軟件的前提和基礎。控制算法有很多種，常用的兩種算法是PID和模糊控制算法。

PID控制和模糊控制是兩種常用的控制方法，但仍存在一些缺點。例如，一般的PID控制容易出現過沖，并且模糊控制的穩態精度不高。它基于這兩種控制方法。改進可以創建各種更好的控制方法。本文所采用的具有動態補償功能的復合PID控制算法和模糊控制算法克服了上述缺點，取得了良好的實驗效果。

　1、PID 控制算法

PID調節的本質是根據輸入偏差值根據比例，積分和微分的函數關系進行計算，并使用計算結果進行輸出控制。該位置是通過離散化基本PID方程獲得的。您可以使用基本PID控制算法轉換位置PID，以獲得增量PID控制算法。要求高控制精度的系統通常使用位置算法，而將步進電機或多圈電位計用作致動器的系統則使用增量算法。

PID是工業控制過程中廣泛使用的控制算法，它具有原理簡單，易于實現，穩定性好，適用范圍廣，控制參數易于調整的優點。 PID控制不需要了解控制對象的數學模型，并且只要根據經驗調整控制器參數，就可以獲得令人滿意的結果。缺點是它對受控參數的更改更敏感。但是，可以通過軟件編程方法靈活地調整參數，以實現PID控制。盡管近年來出現了許多先進的控制算法，但由于其獨特的特性，PID控制在工業控制過程中仍占有相當大的比例，并且控制效果相當令人滿意。

連續PID控制器也稱為比例積分微分控制器。換句話說，過程控制是根據誤差率（P-ProportionA1），積分（I-IntegrAl）和微分（D-DerivAtive）的比率來控制系統。該系統的基本框圖如圖1所示。

圖1 PID原理圖

控制律的數學模型如下。

* MERGEFORMAT * MERGEFORMAT（1）

用

或傳遞函數形式編寫：

* MERGEFORMAT（2）

在公式e（t）中：調節器輸入函數，即給定量與輸出量之間的偏差u（t）：調節器輸出函數。

Kp：比例系數；

T：積分時間常數；

T：差分時間常數。

擴展公式（2-1），調節器的輸出函數可以分為比例部分，積分部分和導數部分，分別為:

the比例部分的比例部分的數學表達式為 * MERGEFORMAT，p在比例部分中，Kp為比例系數，并且Kp越大，系統的過渡過程越快。可以快速消除靜態錯誤，但是如果Kp太高，則系統很容易發生過沖，振動并引起不穩定。因此，有必要適當地選擇比例因子，以便獲得短而穩定的系統轉換過程的效果。

圖為比例調節器。

（3）

比例調節器

其中：U控制器輸出

* MERGEFORMAT比例因子

E調節器輸入偏差

* MERGEFORMAT控制音量基準

比例效應：對錯誤的快速響應，但不能擺脫穩態錯誤。如果太大，很容易變得不穩定。

⑵積分部分積分部分的數學表達式為 * MERGEFORMAT在數學表達式中，如果存在系統錯誤，則可以看出控制效果不斷提高。

增加或減少。僅當e（t）=0時，積分才是常數，并且控制功能不變。不可或缺的部分是消除系統錯誤。

積分時間常數 * MERGEFORMAT的選擇對積分部分有很大影響。 * MERGEFORMAT較大，積分效果較弱，此時系統清除錯誤所需的時間較長，調整過程較慢。 * MERGEFORMAT較小，并且在集成工作系統過渡期間可能會發生振動，但是可以快速消除錯誤。

3個差分部分

導數部分的數學表達式為 * MERGEFORMAT。

微分部分的功能主要是補償誤差變化，效果的強度由微分時間常數T決定。 * MERGEFORMAT越大，抑制誤差e（t）變化的效果越強，但系統更容易振動 * MERGEFORMAT越小，誤差消除效果越弱。因此，有必要適當地選擇導數時間常數盡快使系統穩定。

比例積分微分調節器如圖2所示。

圖2

但是有兩種PID算法：位置和增量

位置PID控制算法

（4）

（5）以下公式可以從公式（5）和（6）得出

（6）

位置控制算法給出了執行器的位置uk，應在其中累積Ek。

增量PID控制算法

（8）

（9）

從等式（1）和（2），我們可以得出以下等式:

（10）

增量控制算法給出了執行器增量。 * MERGEFORMAT僅需要保留。前三個時刻的當前偏差值就足夠了。增量算法不需要累加，計算誤差和計算精度問題控制控制量的計算影響不大，而位置算法必須使用過去偏差的累加值，因此容易引起很多累加誤差。

當控制從手動切換到自動時，位置算法必須首先將計算機的輸出值設置為原始值。 *可以使MERGEFORMAT不影響轉換。增量算法與原始值無關。易于手動操作，自動無沖擊切換。

在實際應用中，應根據被告的實際情況選擇。通常，認為在將晶閘管或伺服電動機用作致動器或要求高控制精度的系統中應使用位置算法。在使用步進電機或多圈電位計作為執行器的系統中，應使用增量算法。

由于此設計需要步進電機的速度范圍和控制精度，因此應采用增量PID控制。該系統的流程圖顯示在2 :

圖2步進電動機速度控制系統的控制流程圖