步進(jìn)電機(jī)的自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制是在 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)分支 。它是隨著控制對(duì)象的復(fù)雜化 ,當(dāng)動(dòng)態(tài)特性不可知或發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化時(shí) ，為得到高的性能的控制器而產(chǎn)生的 。其主要優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)和自適應(yīng)速度快 ,能有效地克服電機(jī)模型參數(shù)的緩慢變化所引起的影響 ,是輸出信號(hào)跟蹤參考信號(hào) 。文獻(xiàn)研究者根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的線(xiàn)性或近似線(xiàn)性模型推導(dǎo)出了全局穩(wěn)定的自適應(yīng)控制算法 , 這些控制算法都嚴(yán)重依賴(lài)于電機(jī)模型參數(shù) 。文獻(xiàn)將閉環(huán)反饋控制與自適應(yīng)控制結(jié)合來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度 , 通過(guò)反饋和自適應(yīng)處理 ,按照優(yōu)化的升降運(yùn)行曲線(xiàn) , 自動(dòng)地發(fā)出驅(qū)動(dòng)的脈沖串 ，提高了電機(jī)的拖動(dòng)力矩特性 ，同時(shí)使電機(jī)獲得更準(zhǔn)確的位置控制和較高較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速 。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不同于平常的普通電機(jī)，它不能直接接到直流或交流電源上工作，它必須使用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電源，也就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 

目前 ，很多學(xué)者將自適應(yīng)控制與其他控制方法相結(jié)合 ，以解決單純自適應(yīng)控制的不足。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的魯棒自適應(yīng)低速伺服控制器 ，確保了轉(zhuǎn)動(dòng)脈矩的很大化補(bǔ)償及伺服系統(tǒng)低速高精度的跟蹤控制性能 。文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)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(guò)模糊推理在線(xiàn)調(diào)整 PID參數(shù) ，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的自適應(yīng)控制 ,，從而有效地提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間 、計(jì)算精度和抗干擾性 。選用高的效率型步進(jìn)電機(jī)高的效率型步進(jìn)電機(jī)通過(guò)材質(zhì)的較佳化，大幅降低損耗，發(fā)熱也得以減少。

步進(jìn)電機(jī)

九十年代中期的到了較大的發(fā)展。主要應(yīng)用在工業(yè)、航天、機(jī)器人、精密測(cè)量等領(lǐng)域,如跟蹤用光電經(jīng)緯儀、儀器、通訊和雷達(dá)等設(shè)備,細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使得電機(jī)的相數(shù)不受步距角的限制,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便。細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)是年代中期發(fā)展起來(lái)的一種可以顯著改善步進(jìn)電機(jī)綜合使用性能的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。年美國(guó)學(xué)者、在美國(guó)增量運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及器件年會(huì)上提出步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分的控制方法。在其后的二十多年里,步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)得到了很大的發(fā)展。逐步發(fā)展到上世紀(jì)九十年代完全成熟的。我國(guó)對(duì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究,起步時(shí)間與國(guó)外相差無(wú)幾。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了步進(jìn)電機(jī)作為優(yōu)良的開(kāi)環(huán)控制組件的有效利用。細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點(diǎn)。由于西方資本的主義列強(qiáng)爭(zhēng)奪殖民地，步進(jìn)電機(jī)在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。

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步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)外來(lái)的控制脈沖和方向信號(hào)，通過(guò)其內(nèi)部的邏輯電路，控制步進(jìn)電機(jī)的繞組以一定的時(shí)序正向或反向通電， 使得電機(jī)正向/反向旋轉(zhuǎn)，或者鎖定。以1.8度兩相步進(jìn)電機(jī)為例：當(dāng)兩相繞組都通電勵(lì)磁時(shí)，電機(jī)輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機(jī)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(jī)將順著一個(gè)既定方向旋轉(zhuǎn)一步（1.8度）。但實(shí)際情況是，步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)的極限起動(dòng)預(yù)率較低，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足較高的運(yùn)行速度的要求。

步進(jìn)電機(jī)加減速必須采用加減速控制方法。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，要逐步提高脈沖頻率，減速時(shí)要逐步降低脈沖頻率。

步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸入脈沖信號(hào)的變化而變化。步進(jìn)電機(jī)只需發(fā)出脈沖信號(hào)，那么它就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，如果脈沖信號(hào)變化過(guò)快，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)因內(nèi)部反向電動(dòng)勢(shì)的阻尼而使轉(zhuǎn)子和定子之間的磁反應(yīng)跟不上電信號(hào)的變化，從而造成堵轉(zhuǎn)和丟步。

所以步進(jìn)電機(jī)在高速起動(dòng)時(shí)，必須采用脈沖頻率升速的方法，在起動(dòng)過(guò)程中還必須有降速過(guò)程，以保證步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位控制。加快與減速的原則相同。為了解決步進(jìn)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)這一問(wèn)題，應(yīng)采用加減速控制方法。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，要逐步提高脈沖頻率，減速時(shí)要逐步降低脈沖頻率。我們常說(shuō)的“加減速”法就是這樣。文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)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(guò)模糊推理在線(xiàn)調(diào)整PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的自適應(yīng)控制,，從而有效地提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、計(jì)算精度和抗干擾性。