步進驅動系統(tǒng)的閉環(huán)適應性模糊控制
馮顯英 宋現(xiàn)春 張 強 岳明君（山東工業(yè)大學濟南250061）
摘 要 基于模糊推理法設計了步進驅動系統(tǒng)適應性模糊控制器，用于雷達罩天線座跟蹤測量儀模擬跟蹤測量目標。測量結果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、跟蹤精度高，可使系統(tǒng)跟蹤精度穩(wěn)定在5秒內，重復定位精度在3秒內。
敘 詞 模糊性理論適應性步進電動機驅動系統(tǒng)
l引 言
步進電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的電磁機電元件，具有成本低、控制特性好等優(yōu)點，已廣泛用于數(shù)控機床、自動化儀表等設備中的位置驅動系統(tǒng)。如在我國目前生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中，有近百分之80是以步進電機作為伺服單元。但步進電機也存在著很大的缺陷，在速度較高或加速度較大時易出現(xiàn)失步現(xiàn)象，這樣其控制的機械部件運動精度就很低。因此，提高步進驅動系統(tǒng)的精度和可靠性，已經(jīng)成為必須解決的一個關鍵問題。在這方面，目前國內外作了大量的研究，如步進電機的****升、降頻特性研究、細分步控制技術研究等。本文探討模糊控制理論用于步進電機閉環(huán)控制技術的研究，并成功地應用到雷達罩天線座跟蹤測量儀控制系統(tǒng)中，既提高了伺服跟蹤精度和跟蹤實時性，又有效地避免了系統(tǒng)的振蕩。
2步進伺服驅動系統(tǒng)的誤差恃性和控制方法
2·1 步進電機伺服驅動系統(tǒng)的誤差特性
常規(guī)開環(huán)步進電機伺服系統(tǒng)精度低的原因主要由以下幾個方面的誤差因素造成的：
(1)對于步進電機，因工藝制造等方面的原因，其步距角不可能做得太小，定子、轉子各齒距間存在制造誤差，齒距不均，造成其運動具有步進感，產(chǎn)生振蕩，各步距間存在步距誤差。
(2)由于一般步進電機的功率較小，步進伺服系統(tǒng)中一般都含有如齒輪副、絲杠螺母副等傳動副，它們間存在間隙，致使運動部件位移同指令值之間出現(xiàn)多值非線性關系。
(3)系統(tǒng)傳動鏈中各傳動元件的制造誤差和磨損等造成傳動誤差，并隨位移非線性變化。
(4)伺服系統(tǒng)中各傳動元件的剛性不足，在載荷作用下產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，且載荷不同，變形量不同，從而造成進給脈沖被“吃掉”的現(xiàn)象，嚴重時甚至出現(xiàn)爬行，使得輸入輸出之間也呈現(xiàn)非線性關系。
可見，各種非線性誤差因素的影響，必然使執(zhí)行機構實際位移偏離指令值，出現(xiàn)偏差，且呈現(xiàn)較強的非線性和不確定性特性。
2.2 閉環(huán)控制方法的確定
現(xiàn)代控制理論發(fā)展迅速，控制方法很多，應采用方案簡單且控制效果又****的方法設計閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于作為被控對象的步進電機伺服系統(tǒng)，具有較強的誤差非線性和不確定性，如雷達罩天線座跟蹤測量儀，在跟蹤目標時，因室外風載荷影響而具有不確定性，致使輸入輸出的關系很難用一個數(shù)學函數(shù)式準確表達，因此很難求取用于這種場合下的精確的步進驅動系統(tǒng)的數(shù)學模型。這樣，依據(jù)常規(guī)的控制理論和方法設計閉環(huán)控制器，其控制效果顯然不佳，甚至不能滿足要求。針對這種具有多種模糊性因素影響的被控制對象，進行有效控制的****的方法就是采用模糊控制理論[1]。模糊控制論的崛起為這些問題的解決開辟了新的途徑。近年，基于人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡的現(xiàn)代模糊控制理論已成為解決復雜、隨機、不確定、時變系統(tǒng)控制的強有力的數(shù)學工具。
3步進伺服系統(tǒng)適應性模糊控制器設計[2，3]
對于步進電機運行的閉環(huán)控制，這里采用兩輸入單輸出的模糊控制器。兩個輸入量分別是天線陣面跟蹤角位移的偏差和偏差變化率，輸出量是步進電機的運行頻率。一個典型的模糊控制器都包含有三個環(huán)節(jié)：精確量的模糊化、模糊推理和反模糊化。
為提高實時性和跟蹤精度，這里采用離線模糊推理運算，制定模糊決策表，存入epro中，用查表法決定輸出量。由于雷達罩天線座測量儀測量參數(shù)較多和測量環(huán)境的變化（如室外風載荷影響等），在一般場合下，依據(jù)原手動斷續(xù)定點跟蹤測量經(jīng)驗總結的知識庫則常常具有很大的局限性，致使控制效果受到影響。為此，在反模糊化環(huán)節(jié)后面，又加入了自適應參數(shù)調節(jié)環(huán)節(jié)，以適應不同測量場合和控制過程的突變，提高跟蹤效果。因此本文設計的閉環(huán)適應性模糊 |
