曹平军曲林伟王强，3刘峰

（1.91257部队舟山316000）（2.中船重工第七〇三研究所哈尔滨150078）（3.海军工程大学武汉430030）（4.海军蚌埠士官学校蚌埠233000）

某驱动步进电动机增量PID控制研究

曹平军1曲林伟2王强1，3刘峰4

（1.91257部队舟山316000）（2.中船重工第七〇三研究所哈尔滨150078）（3.海军工程大学武汉430030）（4.海军蚌埠士官学校蚌埠233000）

论文以某驱动步进电动机控制模型为研究对象，分别采用普通量PID（Proportional-Integral-Derivative）控制和增量式PID控制对该电动机进行控制，选定合适的控制参数，通过计算控制响应曲线及其与给定值的误差来研究控制策略的影响，确定合适的控制策略。

增量式PID控制；控制策略；驱动电动机

Class NumberTP273

1 引言

目前工程实际应用中大多数设备的控制系统均采用位置式比例－积分－微分（Proportional-In⁃tegral-Derivative，PID）控制，这种算法主要有两个缺点：1）使用全量输出，所以每次的输出均与过去的状态有关，受到干扰或有错误输入时，被控量要进行累加，运算量大，也会导致输出控制量可能出现大幅度变化，进而会引起执行机构位置的大幅度变化。2）控制设备容易产生超调，而对某些设备基本不允许有超调量的存在，否则会对设备产生巨大的破坏。一般我们要求控制系统，响应时间快，超调小，控制平稳，而这些对几个参数要求是相互矛盾的，如何确定其中的最优值是我们要确定的目标。而增量式PID控制，主要通过控制增量对系统进行控制，响应时间相对比较快，而且与过去的状态无关，被控量不会累加，超调量会比较小。文献［1～10］对该算法的应用都做了应用研究，但是其中算法的研究和合适参数的范围的选取尚未深入考虑。

本文以某驱步电动机控制策略仿真模型为研究对象，采用增量式PID控制方法并与普通PID控制策略做对比，研究不同控制策略对系统响应时间和超调量等对设备的影响，通过控制响应曲线和计算误差，研究增量式PID控制优势。

2 增量式PID控制原理

PID控制作为常用的控制器，广泛应用在设备的控制策略中，PID控制是一种线性控制器，它根据给定值yd(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差：

PID的控制规律为

式中：kp为比例系数，T1为积分时间常数，TD为微分时间常数。

而当执行机构需要控制增量时，应当采用增量式PID控制。

根据递推原理可得增量式PID控制策略：

写成传递函数的形式为

增量式PID控制算法

其中kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分环节。

3 某驱动步进电动机仿真研究

选取参数持kp=8，ki=0.1，kd=10，当系统是普通PID控制时，系统的响应曲线和误差曲线如图1所示。

当保持ki=0.1，kd=10，kp=8参数不变，选择增量式PID控制策略时，可得系统的响应曲线和误差曲线如图2所示。

从图1，2可以看出，当选取参数在kp=8，ki= 0.1，kd=10时，增量式PID控制，不会产生超调，而是逐步地逼近理想给定参数，而普通PID控制会产生波动，容易上下浮动，产生超调，而由于超调量的存在，会对设备产生产生巨大的破坏或由于超扭等因素而出现紧急停机的现象，因此增量式PID控制比普通PID控制更适合。

4 结语

合适的控制参数是保证控制平稳的关键，本文选定参数保持不变，在选择不同的控制策略时，增量式PID比普通PID控制不容易产生超调，平稳逼近到给定参数，更适合驱步电动机设计要求，应用更加合理。

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Incremental PID Control Strategy Study of Some Drive Stepping Motor

CAO Pingjun1QU Linwei2WANG Qiang1，3LIU Feng4
（1.No.91257 Troops of PLA，Zhoushan316000）（2.703 Research Institute，CSIC，Harbin150078）（3.Naval University of Engineering，Wuhan430033）（4.The Bengbu Naval School of Petty Officer，Bengbu233000）

In this paper，the drive motor control model is studied as the research object，the incremental PID（Proportional In⁃tegral Derivative）control method is used to control the motor，and the calculating control response curve and the error of the given value are used to research the influence of different parameters on the control strategy and determine the appropriate control strategy.

incremental PID control，control strategy，drive motor

TP273

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.08.039

2017年2月9日，

2017年3月28日

国家自然科学基金的资助（编号：51579242）；科研项目（编号：425517K143）资助。

曹平军，男，高级工程师，研究方向：装备管理。曲林伟，男，硕士，工程师，研究方向：控制理论策略。王强，男，博士，工程师，研究方向：舰艇动力装置。刘峰，男，工程师，研究方向：机电管理。