步進驅(qū)動系統(tǒng)的閉環(huán)適應(yīng)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(shè)計了步進驅(qū)動系統(tǒng)適應(yīng)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(jié)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(nèi)，重復定位精度在3秒內(nèi)。
敘 詞 模糊性理論適應(yīng)性步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)
l引 言
步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)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(shè)備中的位置驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)的精度和可靠性，已經(jīng)成為必須解決的一個關(guān)鍵問題。在這方面，目前國內(nèi)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(shù)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(shù)的研究，并成功地應(yīng)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(qū)動系統(tǒng)的誤差恃性和控制方法
2·1 步進電機伺服驅(qū)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(zhuǎn)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(guān)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(guān)系。
可見，各種非線性誤差因素的影響，必然使執(zhí)行機構(gòu)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(yīng)采用方案簡單且控制效果又****的方法設(shè)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(guān)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(qū)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(shè)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(luò)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(yīng)性模糊控制器設(shè)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(jié)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(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，以適應(yīng)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(shè)計的閉環(huán)適應(yīng)性模糊 |
