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基于Smi ulink仿真的步进电机闭环控制系统分析
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【电力拖动教学论文】步进电机作为数字控制系统中的一种执行元件,非常适合在精度和稳定性要求不高的位置或速度控制系统中开环运行,且控制方式简单。步进电机控制原理和开环控制方法见文献[1]。步进电机开环控制的缺点是无法知道电机是否失步或者超步,在高精度的位置伺服系统中,这一缺点将直接影响系统性能。位置闭环控制通过在步进电机转轴上安装位置传感器,可将位置信号实时地传给控制核心,然后根据位置偏差控制电机运行。 闭环控制算法常用的PID控制方法主要是针对有确切模型的线性过程,其PID参数一经确定后无法随着对象的变化而调整。而实际上由步进电机构成的调速系统存在着非线性、时变、干扰等特性,用原先整定好的PID参数实施控制很难达到理想的控制效果。而模糊控制主要是模仿人的控制经验而不依赖于控制对象的模型,主要研究那些在现实生活中广泛存在的、定性的、模糊的、非精确的信息系统的控制问题,但由于它对信息进行简单的模糊处理会导致被控系统控制精度的降低和动态品质变差。针对这种情况,把模糊控制和常规PID控制有机地结合在一起,即采用了模糊PID控制方案对步进电机进行控制。本文对两种控制方法进行了比较,并对模糊PID控制方法进行了改进,提出了一种位置速度双闭环的步进电机控制系统,进一步提高系统性能。 1 混合式步进电机模型 1. 1 数学模型 对于两相混合式步进电机,在不计定子极间和端部的漏磁、不计永磁体回路的漏磁、忽略磁滞和涡流的影响、忽略饱和的影响、忽略定子线圈自感的谐波分量时,两相混合式步进电机的电压平衡方程为模型要求较高的控制方法,就必须对其进行线性化。步进电机线性化的方法较多且比较复杂,目前尚没有一种统一、简单易行的化简办法。这时,模糊控制的优势就体现出来了。 1. 2 仿真模型 根据电机数学模型建立混合式步进电机非线性Simulink仿真模型如图1所示。 该电机模块有ua,ub两个输入, ia, ib,θ,ω4个输出量,子模块Te是电磁转矩模块。由于实际应用中,无论绕组电流流向如何,都用其绝对值
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