步進電機的自適應控制

自適應控制是在 20 世紀 50 年代發(fā)展起來的自動控制領域的一個分支 。它是隨著控制對象的復雜化 ,當動態(tài)特性不可知或發(fā)生不可預測的變化時 ，為得到高的性能的控制器而產(chǎn)生的 。其主要優(yōu)點是容易實現(xiàn)和自適應速度快 ,能有效地克服電機模型參數(shù)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(jù)步進電機的線性或近似線性模型推導出了全局穩(wěn)定的自適應控制算法 , 這些控制算法都嚴重依賴于電機模型參數(shù) 。文獻將閉環(huán)反饋控制與自適應控制結(jié)合來檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度 , 通過反饋和自適應處理 ,按照優(yōu)化的升降運行曲線 , 自動地發(fā)出驅(qū)動的脈沖串 ，提高了電機的拖動力矩特性 ，同時使電機獲得更準確的位置控制和較高較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速 。步進電動機不同于平常的普通電機，它不能直接接到直流或交流電源上工作，它必須使用專用的驅(qū)動電源，也就是步進電動機驅(qū)動器。 

目前 ，很多學者將自適應控制與其他控制方法相結(jié)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(zhuǎn)動脈矩的很大化補償及伺服系統(tǒng)低速高精度的跟蹤控制性能 。文獻實現(xiàn)的自適應模糊 PID 控制器可以根據(jù)輸入誤差和誤差變化率的變化 ，通過模糊推理在線調(diào)整 PID參數(shù) ，實現(xiàn)對步進電機的自適應控制 ,，從而有效地提高系統(tǒng)的響應時間 、計算精度和抗干擾性 。選用高的效率型步進電機高的效率型步進電機通過材質(zhì)的較佳化，大幅降低損耗，發(fā)熱也得以減少。

步進電機

九十年代中期的到了較大的發(fā)展。主要應用在工業(yè)、航天、機器人、精密測量等領域,如跟蹤用光電經(jīng)緯儀、儀器、通訊和雷達等設備,細分驅(qū)動技術(shù)的廣泛應用,使得電機的相數(shù)不受步距角的限制,為產(chǎn)品設計帶來了方便。細分驅(qū)動技術(shù)是年代中期發(fā)展起來的一種可以顯著改善步進電機綜合使用性能的驅(qū)動技術(shù)。年美國學者、在美國增量運動控制系統(tǒng)及器件年會上提出步進電機步距角細分的控制方法。在其后的二十多年里,步進電機細分驅(qū)動得到了很大的發(fā)展。逐步發(fā)展到上世紀九十年代完全成熟的。我國對細分驅(qū)動技術(shù)的研究,起步時間與國外相差無幾。這些缺點嚴重限制了步進電機作為優(yōu)良的開環(huán)控制組件的有效利用。細分驅(qū)動技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點。由于西方資本的主義列強爭奪殖民地，步進電機在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。

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步進電機驅(qū)動器根據(jù)外來的控制脈沖和方向信號，通過其內(nèi)部的邏輯電路，控制步進電機的繞組以一定的時序正向或反向通電， 使得電機正向/反向旋轉(zhuǎn)，或者鎖定。以1.8度兩相步進電機為例：當兩相繞組都通電勵磁時，電機輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機保持鎖定的力矩為保持力矩。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向，則電機將順著一個既定方向旋轉(zhuǎn)一步（1.8度）。但實際情況是，步進電機能實現(xiàn)的極限起動預率較低，遠不能滿足較高的運行速度的要求。

步進電機加減速必須采用加減速控制方法。步進電機起動時，要逐步提高脈沖頻率，減速時要逐步降低脈沖頻率。

步進馬達轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸入脈沖信號的變化而變化。步進電機只需發(fā)出脈沖信號，那么它就會旋轉(zhuǎn)一個步距角，如果脈沖信號變化過快，步進電機就會因內(nèi)部反向電動勢的阻尼而使轉(zhuǎn)子和定子之間的磁反應跟不上電信號的變化，從而造成堵轉(zhuǎn)和丟步。

所以步進電機在高速起動時，必須采用脈沖頻率升速的方法，在起動過程中還必須有降速過程，以保證步進電機的準確定位控制。加快與減速的原則相同。為了解決步進電機的堵轉(zhuǎn)這一問題，應采用加減速控制方法。步進電機起動時，要逐步提高脈沖頻率，減速時要逐步降低脈沖頻率。我們常說的“加減速”法就是這樣。文獻實現(xiàn)的自適應模糊PID控制器可以根據(jù)輸入誤差和誤差變化率的變化，通過模糊推理在線調(diào)整PID參數(shù)，實現(xiàn)對步進電機的自適應控制,，從而有效地提高系統(tǒng)的響應時間、計算精度和抗干擾性。