一种基于模糊PID电流环控制的步进电机驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊PID电流环控制的步进电机驱动器，包括以下控制步骤：S1：确定模糊控制器输入变量和输出变量，以及输入变量的变化范围；其中输入变量包括偏差E、偏差变化率EC；S2：通过整定确定模糊控制的量化等级、量化因子和比例因子；S3：得出模糊控制表：根据输入值和输出值分别得出比例系数Kp、积分时间常数Ki、微分时间常数Kd的模糊控制表；S4：计算模糊控制输出值；S5：计算模糊PID控制输出值：将偏差E和偏差变化率EC代入模糊控制表中，得出模糊PID参数Kp

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊PID电流环控制的步进电机驱动器


[0001]本专利技术涉及电机驱动器领域，具体涉及一种基于模糊PID电流环控制的步进电机驱动器。

技术介绍

[0002]传统PID控制是以精确数学模型为基础的，无法有效应对系统的不确定信息，用不变的PID参数不可能达到较好的控制结果。模糊控制不需要对象的精确数学模型，对系统变化不敏感，鲁棒性好，抗干扰性强。但是由于它的模糊性，稳态精度不好。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于模糊PID电流环控制的步进电机驱动器。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于模糊PID电流环控制的步进电机驱动器，包括以下控制步骤：
[0005]S1：确定模糊控制器输入变量和输出变量，以及输入变量的变化范围；
[0006]其中输入变量包括偏差E、偏差变化率EC；
[0007]S2：通过整定确定模糊控制的量化等级、量化因子和比例因子；
[0008]S3：得出模糊控制表：根据输入值和输出值分别得出比例系数Kp、积分时间常数Ki、微分时间常数Kd的模糊控制表；
[0009]S4：计算模糊PID控制输出值：将偏差E和偏差变化率EC代入模糊控制表中，得出模糊PID参数Kp
’
、Ki
’
、Kd
’
，再将Kp
’
、Ki
’
、Kd
’
代入PID算法中计算出模糊PID控制输出值：
>[0010][0011]其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，E(k)和E(k
‑
1)分别为第k和第k
‑
1时刻的偏差信号，k为采样序号，T为采样时间。
[0012]优选的，所述步骤S2包括以下整定子步骤：
[0013]S21：通过隶属度确定偏差E、偏差变化率EC的模糊子集；
[0014]S22：引入偏差E、偏差变化率EC的模糊子集对应的论域；
[0015]S23：得出量化函数。
[0016]本专利技术的有益效果集中体现在：本专利技术能有效解决步进电机电流控制系统存在的非线性、干扰等特性，可以实现随环境的变化，参数自动改变，以达到更好的控制效果。其次，驱动器运行平稳，电流波形稳定，驱动器定位准确，有效地节约了各项生产成本。
附图说明
[0017]图1是本专利技术控制流程图；
[0018]图2是本专利技术控制系统框图。
具体实施方式
[0019]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0020]如图1、2所示，一种基于模糊PID电流环控制的步进电机驱动器，包括以下控制步骤：
[0021]S1：确定模糊控制器输入变量和输出变量，以及输入变量的变化范围；
[0022]其中输入变量包括偏差E、偏差变化率EC，以及电机的输入电流和细分数，电机整定的比例、积分、微分；而输入电流和细分数由拨码开关确定，也就是说拨码开关可以用来调节驱动器的输入电流值；比例、积分、微分由确定的基础值开始基于设定值变化；
[0023]S2：通过整定确定模糊控制的量化等级、量化因子和比例因子；
[0024]具体的，步骤S2包括以下整定子步骤：
[0025]S21：通过隶属度确定偏差E、偏差变化率EC的模糊子集，在此偏差E、偏差变化率EC的模糊子集均为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其中，负大[NB]、负中[NM]、负小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]；
[0026]隶属度是一个介于0和1之间的值，隶属度具有以下关系：
[0027]1.当某一元素u属于集合A时，就说该元素隶属度为1；
[0028]2.当某一元素u不属于集合A时，就说该元素隶属度为0；
[0029]3.当某一元素u部分属于集合A，部分不属于集合A时，就说该元素u对于A的隶属度是在开区间(0,1)中的某个数；
[0030]S22：引入偏差E、偏差变化率EC的模糊子集对应的论域，论域的范围由各种类型的电机的电阻和电感组成，在本实施例中论域的定义为：{
‑
6，
‑
5，
‑
4，
‑
3，
‑
2，
‑
1，0，1，2，3，4，5，6}；
[0031]S23：得出偏差E、偏差变化率EC的量化函数：在图2中电流的测量信号有一个量程范围，记为Vmax和Vmin，因此偏差E的范围就是Vmin
‑
Vmax到Vmax
‑
Vmin的范围内，而偏差的增量范围则是其两倍：
[0032]则偏差E量化函数为：
[0033][0034]偏差变化率EC的量化函数为：
[0035][0036]根据公式(1)和公式(2)可将E和EC量化。
[0037][0038]式(3)中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，E(k)和E(k
‑
1)分别为第k和第k
‑
1时刻的偏差信号，k为采样序号，T为采样时间；
[0039]S3：得出模糊控制表：根据输入值和输出值分别得出比例系数Kp、积分时间常数Ki、微分时间常数Kd的模糊控制表；
[0040]在PID控制器中，Kp值的选取决定于系统的响应速度。增大Kp能提高响应速度，减
小稳态偏差；但是，Kp值过大会产生较大的超调，甚至使系统不稳定减小Kp可以减小超调，提高稳定性，但Kp过小会减慢响应速度，延长调节时间。因此，调节初期应适当取较大的Kp值以提高响应速度，而在调节中期，Kp则取较小值，以使系统具有较小的超调并保证一定的响应速度；而在调节过程后期再将Kp值调到较大值来减小静差，提高控制精度。因此本实施例中定义Kp的模糊控制表如下：
[0041][0042]Kp模糊控制表
[0043]在系统控制中，积分控制主要是用来消除系统的稳态偏差。由于某些原因(如饱和非线性等)，积分过程有可能在调节过程的初期产生积分饱和，从而引起调节过程的较大超调。
[0044]因此，在调节过程的初期，为防止积分饱和，其积分作用应当弱一些，甚至可以取零；
[0045]而在调节中期，为了避免影响稳定性，其积分作用应该比较适中；
[0046]最后在过程的后期，则应增强积分作用，以减小调节静差。
[0047]依据以上分析，因此本实施例中定义Ki模糊控制表如下：
[0048][0049]Ki模糊控制表
[0050]微分环节的调整主要是针对大惯性过程引入的，微分环节系数的作用在于改变系统的动态特性。系统的微分环节系数能反映信号变化的趋势，并能在偏差信号变化太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快响应速度，减少调整时间，消除振荡.最终改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊PID电流环控制的步进电机驱动器，其特征在于：包括以下控制步骤：S1：确定模糊控制器输入变量和输出变量，以及输入变量的变化范围；其中输入变量包括偏差E、偏差变化率EC；S2：通过整定确定模糊控制的量化等级、量化因子和比例因子；S3：得出模糊控制表：根据输入值和输出值分别得出比例系数Kp、积分时间常数Ki、微分时间常数Kd的模糊控制表；S4：计算模糊PID控制输出值：将偏差E和偏差变化率EC代入模糊控制表中，得出模糊PID参数Kp
’
、Ki
’
、Kd
’
，再将Kp
’

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红军，类课文，
申请(专利权)人：苏州远科智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：