PID控制

 

　　PID控制作為一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的控制方法，在步進(jìn)電機驅動(dòng)器中獲得了廣泛的應用。它根據給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構成控制偏差e(t)，將偏差的比例、積分和微分通過(guò)線(xiàn)性組合構成控制量，對被控對象進(jìn)行控制。文獻將集成位置傳感器用于二相混合式步進(jìn)電機中，以位置檢測器和矢量控制為基礎，設計出了一個(gè)可自動(dòng)調節的PI速度控制器，此控制器在變工況的條件下能提供令人滿(mǎn)意的瞬態(tài)特性。文獻根據步進(jìn)電機的數學(xué)模型，設計了步進(jìn)電機的PID控制系統，采用PID控制算法得到控制量，從而控制電機向指定位置運動(dòng)。最后，通過(guò)仿真驗證了該控制具有較好的動(dòng)態(tài)響應特性。采用PID控制器具有結構簡(jiǎn)單、魯棒性強、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),但是它無(wú)法有效應對系統中的不確定信息。

 

　　自適應控制

 

　　自適應控制是在20世紀50年代發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)分支。它是隨著(zhù)控制對象的復雜化，當動(dòng)態(tài)特性不可知或發(fā)生不可預測的變化時(shí)，為得到高性能的控制器而產(chǎn)生的。其主要優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現和自適應速度快，能有效地克服電機模型參數的緩慢變化所引起的影響，是輸出信號跟蹤參考信號。文獻研究者根據步進(jìn)電機的線(xiàn)性或近似線(xiàn)性模型推導出了全局穩定的自適應控制算法，這些控制算法都嚴重依賴(lài)于電機模型參數。文獻將閉環(huán)反饋控制與自適應控制結合來(lái)檢測轉子的位置和速度,通過(guò)反饋和自適應處理,按照優(yōu)化的升降運行曲線(xiàn)，自動(dòng)地發(fā)出驅動(dòng)的脈沖串，提高了電機的拖動(dòng)力矩特性，同時(shí)使電機獲得更精確的位置控制和較高較平穩的轉速。

 

　　目前，很多學(xué)者將自適應控制與其他控制方法相結合，以解決單純自適應控制的不足。文獻設計的魯棒自適應低速伺服控制器，確保了轉動(dòng)脈矩的最大化補償及伺服系統低速高精度的跟蹤控制性能。文獻實(shí)現的自適應模糊PID控制器可以根據輸入誤差和誤差變化率的變化，通過(guò)模糊推理在線(xiàn)調整PID參數，實(shí)現對步進(jìn)電機的自適應控制，從而有效地提高系統的響應時(shí)間、計算精度和抗干擾性。

 

　　矢量控制

 

　　矢量控制是現代電機高性能控制的理論基礎，可以改善電機的轉矩控制性能。它通過(guò)磁場(chǎng)定向將定子電流分為勵磁分量和轉矩分量分別加以控制，從而獲得良好的解耦特性，因此，矢量控制既需要控制定子電流的幅值，又需要控制電流的相位。由于步進(jìn)電機不僅存在主電磁轉矩，還有由于雙凸結構產(chǎn)生的磁阻轉矩，且內部磁場(chǎng)結構復雜，非線(xiàn)性較一般電機嚴重得多，所以它的矢量控制也較為復雜。推導出了二相混合式步進(jìn)電機d-q軸數學(xué)模型,以轉子永磁磁鏈為定向坐標系，令直軸電流id=0，電動(dòng)機電磁轉矩與iq成正比，用PC機實(shí)現了矢量控制系統。系統中使用傳感器檢測電機的繞組電流和轉自位置，用PWM方式控制電機繞組電流。文推導出基于磁網(wǎng)絡(luò )的二相混合式步進(jìn)電機模型，給出了其矢量控制位置伺服系統的結構，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型參考自適應控制策略對系統中的不確定因素進(jìn)行實(shí)時(shí)補償，通過(guò)最大轉矩/電流矢量控制實(shí)現電機的高效控制。

 

　　智能控制的應用

 

　　智能控制不依賴(lài)或不完全依賴(lài)控制對象的數學(xué)模型，只按實(shí)際效果進(jìn)行控制，在控制中有能力考慮系統的不確定性和精確性，突破了傳統控制必須基于數學(xué)模型的框架。目前，智能控制在絲桿步進(jìn)電機系統中應用較為成熟的是模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和智能控制的集成。

 

　　模糊控制

 

　　模糊控制就是在被控制對象的模糊模型的基礎上，運用模糊控制器的近似推理等手段，實(shí)現系統控制的方法。作為一種直接模擬人類(lèi)思維結果的控制方式，模糊控制已廣泛應用于工業(yè)控制領(lǐng)域。與常規控制相比，模糊控制無(wú)須精確的數學(xué)模型，具有較強的魯棒性、自適應性，因此適用于非線(xiàn)性、時(shí)變、時(shí)滯系統的控制。給出了模糊控制在二相混合式步進(jìn)電機速度控制中應用實(shí)例。系統為超前角控制，設計無(wú)需數學(xué)模型，速度響應時(shí)間短。

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