两相混合式步进电机建模与仿真

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ ｈｙｂｒｉｄ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ，ｉｔｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｗａｓ ｓｅｔ ｕｐ ｂｙ
ｏｎｅ ｏｆ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ－ｌｉｎｅ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔａｃｔｉｃ．Ｉｔ ｗａｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｅｄｉｇｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｄｉｓｐｏｓｉｎｇ，
ｃｏｍｂｉｎｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔａｃｔｉｃ ｗ ｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ，ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｎ—ｌｉｎｅ
ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ＰＩＤ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ Ｍ ａｔｌａｂ
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兵 工 自 动 化 Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ห้องสมุดไป่ตู้ｕｔｏｍ ａｔｉｏｎ
２０１６一Ｏ２
３５（２）
两相 混合 式步进 电机建 模 与仿真
余 驰 ，李健 仁 ，张 刚峰
（庆 安集 团有 限公司 航空 设备 研 究所 ，西 安 ７１００７７）
摘要 ：为提 升两 相 混合 式步 进 电机 的控 制性 能 ，建立 一 种基 于模 糊控 制在 线参 数 调节 控制 策 略的 两相 混合 式步 进 电机 数 学模 型 。在合 理简 化和 线性 化 处理 的基 础上 ，采 用先 进 的模 糊控制 理 论和 ＰＩＤ 控 制 结合 的控 制策 略 ，将模 糊 控制 对 环境 的适 应性 强 ，可 在线 调整 控制 参 数应用 于对 ＰＩＤ参 数 的实 时调节 。在 Ｍａｔｌａｂ仿 真环 境下 进行 建模 与 仿 真 ，对 比分析 了常 规 ＰＩＤ 与模 糊 ＰＩＤ 控制 的仿 真特 性 。仿 真结 果表 明：在不 同响应 和精度 要 求 的两相 混合 式步 进 电 机 控 制系 统 中 ，通 过模 糊 参数 在线 调节 控制 比常 规参 数 ＰＩＤ 控 制可 以达 到 更优 的技 术指 标 ，实现 了对 两相 混合 式 步 进 电 机 的 快 速 精 确 控 制 。
ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｗ ａｓ ｓｅｔ ｕｐ，ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ＰＩＤ ａｎｄ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｗ ａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ，
ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎ ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ ｈｙｂｒｉｄ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．ｆｕｚｚｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ·ｌｉｎｅ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ
ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｅｔｔｅｒ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｄｅｘ，ｉｔ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｆａｓｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ ｈｙｂｒｉｄ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍ ｏｔｏｒ． Ｋ ｅｙｗ ｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍ ｏｔｏｒ；ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ
Ｏ 引 言
步进 电机 又称 脉 冲 电机 或 阶 跃 电机 。接 收 脉 冲 信 号 通 过 励 磁 状 态 的 改 变 ，实 现 对 应 角 度 执 行 的机 电元 件 。具 有 易 于 实 现 数 字 控 制 、步 距 角误 差 不 累 积 、 在 相 当宽 的范 围 内调 速 平 滑 、 自锁 能 力好 等 优 点 】。步 进 电机 在 机 器 人 、液 压 数 字 阀 、 多维 伺 服 转 台 、航 空 白适 应 机 翼驱 动 系统 、 数 控 机 床 等 方 面 已有 广 泛 的应 用 ］。可 根 据 具 体 的 使 用 需 求 进 行 开 环 或 闭环 控 制 工程 应 用 。步 进 电机 按 照 结 构 形 式 可 分 为永 磁 式 步进 电机 （ＰＭ 型）、混合 式 步 进 电机 （ＨＢ 型）和 反 应 式 步 进 电机 （ＶＲ 型 ）。永 磁 式 步 进 电机 的 转 矩 和 体 积 较 小 、成 本 较 低 、分 辨 率 较 低 、步 距 角 较 大 一 般 在 ７．５。～ １５。，适 合 应 用 在 负 载 较 小 、精 度 较 低 的 控 制 系 统 中 。反 应 式 步 进 电机 转 矩 较 大 ，但 噪 声 和 振 动 过 大 ； 因此 ，在 ２０世 纪 ８０年 代 就 已经 被 一 些 发 达 国家 淘 汰 。 混 合 式 步进 电机 综 合 了永 磁 式 和 反 应 式 电机 的优 点 ， 具 有 分 辨 率 高 、转 矩 较 大 和 调 速 平 滑 的特 点 ，适 合 应 用 在 高 精 度 的机 电伺 服
关键 词 ：混 合式 步进 电机 ；ＰＩＤ控 制 ；模糊 控制 ；建模 与仿 真 中 图 分 类 号 ： ＴＰ２７３ 文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｗ ｏ—ｐｈａｓｅ Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｔｅｐｐｉｎｇ Ｍ ｏｔｏｒ
Ｙｕ Ｃｈｉ，Ｌｉ Ｊｉａｎｒｅｎ，Ｚｈａｎｇ Ｇａｎｇｆｅｎｇ ｖｉａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｑｉｎｇ’ａｎ Ｇｒｏｕｐ ＣＤ．， ｔｄ，，Ｘｉ’ａｎ ７１００７７，Ｃｈｉｎａ）
控制 系统中，是 目前应用最广泛的步进 电机 。
基 于 此 ，笔 者 以广 泛 应 用 的两 相 混 合 式 步 进 电 机 为 对 象 ，在 建 立 数 学 模 型 的基 础 上 ， 为 了适 应 快 速 响 应 和 高 精 度 的跟 踪 使 用 要 求 和 发展 需求 ，将 步 进 电机 伺 服 控 制 与 调 试 的经 验 ，通 过运 用 模 糊 控 制 在 线 参 数 调 节 的控 制 策 略施 加 于 两 相 混 合 式 步 进 电 机 的控 制 ，以提 升 两 相 混 合 式 步 进 电机 的控 制 性 能 。