雷赛步进电机(步进电机调速系统算法的设计)

在步进电机速度控制系统的设计中，算法是非常重要的一环。只有确定了算法后，才可以精确控制步进电机的速度，并同时达到精确速度控制的目的。同时，算法也是编写软件的前提和基础。控制算法有很多种，常用的两种算法是PID和模糊控制算法。

PID控制和模糊控制是两种常用的控制方法，但仍存在一些缺点。例如，一般的PID控制容易出现过冲，并且模糊控制的稳态精度不高。它基于这两种控制方法。改进可以创建各种更好的控制方法。本文所采用的具有动态补偿功能的复合PID控制算法和模糊控制算法克服了上述缺点，取得了良好的实验效果。

　1、PID 控制算法

PID调节的本质是根据输入偏差值根据比例，积分和微分的函数关系进行计算，并使用计算结果进行输出控制。该位置是通过离散化基本PID方程获得的。您可以使用基本PID控制算法转换位置PID，以获得增量PID控制算法。要求高控制精度的系统通常使用位置算法，而将步进电机或多圈电位计用作致动器的系统则使用增量算法。

PID是工业控制过程中广泛使用的控制算法，它具有原理简单，易于实现，稳定性好，适用范围广，控制参数易于调整的优点。 PID控制不需要了解控制对象的数学模型，并且只要根据经验调整控制器参数，就可以获得令人满意的结果。缺点是它对受控参数的更改更敏感。但是，可以通过软件编程方法灵活地调整参数，以实现PID控制。尽管近年来出现了许多先进的控制算法，但由于其独特的特性，PID控制在工业控制过程中仍占有相当大的比例，并且控制效果相当令人满意。

连续PID控制器也称为比例积分微分控制器。换句话说，过程控制是根据误差率（P-ProportionA1），积分（I-IntegrAl）和微分（D-DerivAtive）的比率来控制系统。该系统的基本框图如图1所示。

图1 PID原理图

控制律的数学模型如下。

* MERGEFORMAT * MERGEFORMAT（1）

用

或传递函数形式编写：

* MERGEFORMAT（2）

在公式e（t）中：调节器输入函数，即给定量与输出量之间的偏差u（t）：调节器输出函数。

Kp：比例系数；

T：积分时间常数；

T：差分时间常数。

扩展公式（2-1），调节器的输出函数可以分为比例部分，积分部分和导数部分，分别为:

the比例部分的比例部分的数学表达式为 * MERGEFORMAT，p在比例部分中，Kp为比例系数，并且Kp越大，系统的过渡过程越快。可以快速消除静态错误，但是如果Kp太高，则系统很容易发生过冲，振动并引起不稳定。因此，有必要适当地选择比例因子，以便获得短而稳定的系统转换过程的效果。

图为比例调节器。

（3）

比例调节器

其中：U控制器输出

* MERGEFORMAT比例因子

E调节器输入偏差

* MERGEFORMAT控制音量基准

比例效应：对错误的快速响应，但不能摆脱稳态错误。如果太大，很容易变得不稳定。

⑵积分部分积分部分的数学表达式为 * MERGEFORMAT在数学表达式中，如果存在系统错误，则可以看出控制效果不断提高。

增加或减少。仅当e（t）=0时，积分才是常数，并且控制功能不变。不可或缺的部分是消除系统错误。

积分时间常数 * MERGEFORMAT的选择对积分部分有很大影响。 * MERGEFORMAT较大，积分效果较弱，此时系统清除错误所需的时间较长，调整过程较慢。 * MERGEFORMAT较小，并且在集成工作系统过渡期间可能会发生振动，但是可以快速消除错误。

3个差分部分

导数部分的数学表达式为 * MERGEFORMAT。

微分部分的功能主要是补偿误差变化，效果的强度由微分时间常数T决定。 * MERGEFORMAT越大，抑制误差e（t）变化的效果越强，但系统更容易振动 * MERGEFORMAT越小，误差消除效果越弱。因此，有必要适当地选择导数时间常数尽快使系统稳定。

比例积分微分调节器如图2所示。

图2

但是有两种PID算法：位置和增量

位置PID控制算法

（4）

（5）以下公式可以从公式（5）和（6）得出

（6）

位置控制算法给出了执行器的位置uk，应在其中累积Ek。

增量PID控制算法

（8）

（9）

从等式（1）和（2），我们可以得出以下等式:

（10）

增量控制算法给出了执行器增量。 * MERGEFORMAT仅需要保留。前三个时刻的当前偏差值就足够了。增量算法不需要累加，计算误差和计算精度问题控制控制量的计算影响不大，而位置算法必须使用过去偏差的累加值，因此容易引起很多累加误差。

当控制从手动切换到自动时，位置算法必须首先将计算机的输出值设置为原始值。 *可以使MERGEFORMAT不影响转换。增量算法与原始值无关。易于手动操作，自动无冲击切换。

在实际应用中，应根据被告的实际情况选择。通常，认为在将晶闸管或伺服电动机用作致动器或要求高控制精度的系统中应使用位置算法。在使用步进电机或多圈电位计作为执行器的系统中，应使用增量算法。

由于此设计需要步进电机的速度范围和控制精度，因此应采用增量PID控制。该系统的流程图显示在2 :

图2步进电动机速度控制系统的控制流程图