翟雁等

摘 要： 对步进电机在PID控制和模糊PID控制下进行了仿真研究。结合Simulink，首先对步进电机进行数学模型分析，说明了模糊PID在步进电机闭环控制中的必要性；步进电机在运动中输出转矩惯性偏大会引起电机振荡问题，为了提高系统的精度，利用“正弦阶梯波”细分控制方法设计了步进电机PID闭环控制器及步进电机模糊PID闭环控制器，并对不同控制下的系统响应情况进行仿真和分析。仿真实验表明，应用模糊PID闭环控制方案较普通PID方案在给定位置下反应更加迅速、效果更好。

关键词： 步进电机； 模糊PID； 模糊参数自整定； 细分驱动

中图分类号： TN876?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）11?0146?04

Simulation research on fuzzy PID closed?loop control system for stepping motor

ZHAI Yan， GUO Yang?kuan， ZHU Lian?qing， LI Wei?xian， MENG Xiao?chen

（Key Laboratory of Optoelectronic Measurement Technology， Beijing Information Science and Technology University， Beijing 100192， China）

Abstract： Simulation research on stepping motor is proceeded in this paper under PID control and fuzzy PID control. Combined with Simulink model， the mathematical model of stepping motor is analyzed. The necessity of fuzzy PID method applied in stepping motor closed?loop control is explained. The high output torque inertia of stepping motor in motion may cause oscillation problem. To improve the accuracy of the system， PID closed?loop controller and fuzzy PID closed?loop controller of stepping motor were designed by subdivision control method of sine step?wave. System responses with different control were simulated and analyzed. The simulation results show that fuzzy PID closed?loop control system at given location has rapid response and better effect than normal PID closed?loop control system.

Keywords： stepping motor； fuzzy PID； fuzzy parameter self?adjusting； subdivision drive

0 引 言

步进电机在控制方式上采用脉冲信号控制步距角的方式。不同于直流电机和交流电机，步进电机可以直接将数字脉冲信号转化为角位移。由于步进电机脉冲信号控制角位移的特点，广泛应用于精度和稳定性要求不高的位置或速度开环的控制系统中[1]。但是在步进电机存在失步或超步的情况下，开环系统无法保证其较高的控制精度。

在工业控制中，为了解决这个问题往往采用PID闭环控制的方法[2]，但是普通PID控制方法主要是针对具有确切模型的线性过程，其控制效果的好坏取决于辨识模型的精确度，这对于像步进电机这种参数时变的非线性被控对象，是非常困难的，而且控制效果往往不好。

模糊控制，是把规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信息作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际相应情况，运用模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳调整。……