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步進(jìn)電機(jī)在控制方面有四大策略
隨著相關(guān)行業(yè)技術(shù)的提升以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高,此類電機(jī)在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用,并且在很多應(yīng)用中都取得了十分優(yōu)秀的表現(xiàn)。就電機(jī)本身技術(shù)的提高來看,大到控制策略小道材料裝置都是有體現(xiàn)的,比如在電機(jī)的控制方面主要就有下面這四大策略,這些策略能夠解決電機(jī)原本存在的很多不足,使其在功能及品質(zhì)等方面得到很大程度的提升,從而進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)的應(yīng)用,并擴(kuò)大電機(jī)的應(yīng)用范圍。
控制策略一:PID 控制。
因?yàn)榫邆渲?jiǎn)單而實(shí)用這個(gè)最大優(yōu)點(diǎn),所以此種控制方法在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。所謂的PID 控制,簡(jiǎn)單來說就是根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差,來將偏差的比例 、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量,利用這個(gè)控制量來對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制 。
就PID 控制策略在PID 控制上的具體應(yīng)用來看,可以通過將集成位置傳感器用于二相混合式步進(jìn)電機(jī)中,在位置檢測(cè)器和矢量控制為基礎(chǔ)的情況下,設(shè)計(jì)出一個(gè)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的 PI 速度控制器,利用這個(gè)控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制,尤其是確保在變工況的條件下提供令人滿意的瞬態(tài)特性。
就當(dāng)前PID 控制在步進(jìn)電機(jī)中的應(yīng)用來看,通常都不是單獨(dú)應(yīng)用,需要與其它的控制策略像結(jié)合,以此形成帶有智能的新型復(fù)合控制。這樣的復(fù)合控制不僅具備常規(guī)PID 控制器的特點(diǎn),往往還具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng) 、自組織的能力,且能夠自動(dòng)辨識(shí)被控過程參數(shù),可以對(duì)控制參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行整定,能夠適應(yīng)被控過程參數(shù)的變化。
控制策略二:矢量控制。
這種控制策略可以說是現(xiàn)代電機(jī)高性能控制的理論基礎(chǔ),通過采用這種控制策略能夠有效改善步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能。就其原理來看,主要是通過磁場(chǎng)定向?qū)⒍ㄗ与娏鞣譃閯?lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量并分別加以控制,以此來獲得良好的解耦特性,也就是說矢量控制需要對(duì)定子電流的幅值和電流的相位都進(jìn)行控制??紤]到步進(jìn)電機(jī)不僅存在主電磁轉(zhuǎn)矩,還會(huì)因?yàn)殡p凸結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩,同時(shí)其內(nèi)部磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜,在非線性上比一般電機(jī)會(huì)更加嚴(yán)重,所以在矢量控制方面相對(duì)會(huì)比較復(fù)雜。
控制策略三:自適應(yīng)控制。
這種控制策略出現(xiàn)的時(shí)間是比較早的,在 20 世紀(jì) 50 年代就已經(jīng)發(fā)展起來,是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)分支。之所以會(huì)有這種控制策略,是為了在控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性不可知或發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化,導(dǎo)致控制動(dòng)向變得復(fù)雜化的時(shí)候,以自適應(yīng)控制方式保證依然可以得到高性能的控制器,以此優(yōu)化步進(jìn)電機(jī)的控制、運(yùn)行及功能發(fā)揮。
就自適應(yīng)控制策略在步進(jìn)電機(jī)中的應(yīng)用來看,體現(xiàn)除了容易實(shí)現(xiàn)和自適應(yīng)速度快這兩個(gè)最大優(yōu)點(diǎn),以此可以有效克服電機(jī)模型參數(shù)的緩慢變化所引起的影響,成為輸出信號(hào)的跟蹤參考信號(hào)。
比較早的時(shí)候就有研究者在依賴點(diǎn)擊模型參數(shù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的線性或近似線性模型推導(dǎo)出了全局穩(wěn)定的自適應(yīng)控制算法,通過將閉環(huán)反饋控制與自適應(yīng)控制結(jié)合的方式來檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度。這樣在經(jīng)過反饋和自適應(yīng)處理的情況下,使得電機(jī)可以按照優(yōu)化的升降運(yùn)行曲線自動(dòng)地發(fā)出驅(qū)動(dòng)的脈沖串,這樣可以一定程度地提高電機(jī)的拖動(dòng)力矩特性,也能讓電機(jī)得到更精確的位置控制和高且平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速。
發(fā)展到現(xiàn)在,自適應(yīng)控制技術(shù)水平已經(jīng)有很大程度的提升,可以通過將自適應(yīng)控制與其他控制方法相結(jié)合來有效解決單純自適應(yīng)控制的不足,以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的自適應(yīng)控制,這樣在有效提高系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的同時(shí),也有效提高系統(tǒng)的計(jì)算精度和抗干擾特性。
控制策略四:智能控制。
相較于自適應(yīng)控制需要完全依靠電機(jī)數(shù)學(xué)模型參數(shù)來說,智能控制能夠做到不依賴或不完全依賴電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,而是按實(shí)際效果進(jìn)行控制,這種情況下其在控制中依然有考慮系統(tǒng)不確定性和精確性的能力,這是對(duì)傳統(tǒng)控制必須以數(shù)學(xué)模型的框架為主要依據(jù)的突破。且隨著科技水平的提升,智能控制技術(shù)水平在不斷提升,類型在不斷豐富,發(fā)展到現(xiàn)在智能控制在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用有很多,具體技術(shù)品種比較豐富,其中發(fā)展成熟的主要有模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和智能控制的集成這兩種。
模糊控制:這種智能控制技術(shù)簡(jiǎn)單來說就是在被控制對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上,運(yùn)用模糊控制器的近似推理等手段來實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的控制的方法,在工業(yè)控制領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。相較于常規(guī)控制來看,模糊控制并不需要有精確的數(shù)學(xué)模型,所以體現(xiàn)出了自適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),非常適合應(yīng)用功能在非線性、時(shí)變 、時(shí)滯系統(tǒng)的控制方面。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制:這種智能控制技術(shù)是利用大量的神經(jīng)元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)調(diào)整的方法,在應(yīng)用上可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性系統(tǒng),同時(shí)也能夠?qū)W習(xí)和自適應(yīng)未知或不確定的系統(tǒng),在魯棒性和容錯(cuò)性上都有十分優(yōu)秀的表現(xiàn),憑借著這些優(yōu)點(diǎn),其在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中有非常廣泛的應(yīng)用。
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