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1 !肖 金球,单片机原理与接 口 技术I 工 M 北京: 清华 大学出版社,20 4 0
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中国新技术新产品
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高 新技 术
基于M ATLAB 的 步进电机P D 闭环控制系统仿真 I
石 建飞
(黑龙江八 一农 垦大学信息技 术学院, 黑龙江 大庆 !63 19 3 )
摘 要:本文根据两相混合式步进电机的细分驱动原理, 利用 M A T A B 建立其 P D 闭环控制系统仿真模型 通过 系统仿真, 分析步进 I I 电机 P D 控制下系统的响应情况, 从而提高系统的控制和运行精度 , 具有一定的工程实用价值 I 关键词 : 步进 电机;P D 细分驱动 I ; 步进电机作为数字控制系统中的一种执行 元件 , 非常适合在精度和稳定胜要求不高的位 置或速度控制系统中开环运行, 且控制方式简 单 " 由于步进电机开环控制时无法保证步进电
出版 社 2 0 6 .
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图 2 细分子模块
图 4 PID 闭环控 制系统仿真模型
设系统输人为 1 :a 的位置给定, 给定位 0 d 置和实际位置相减之后经过 P D 控制器调解和 I
3 1 周尊源. 正弦波细分步进电机微步驱动器} 升微 特电机.199 . 7 作者简介:石建飞, (19 5一, 男,哈 尔滨理工 7 大学硕士毕业, 讲师, 现主要从事电力电子与电
力传动 方面的研 究
i 二 U王 即! N L ) I l sB u职 sB 山 i C rR zeo胆 sB u助 ; D el 150 : a试 ) br 坛 } a e }} 6 结论 利用短消息模块来对由主控制器检测出的 温度 ! 烟雾 ! 水禁 ! 门禁和故障信号进行传输 , 并
同时把由主控中心反馈的信息回传到主控中 :心,减小了地域和空间的影响 " 既能保证监控系 统的叮靠性同时又减少了企业的运营成本 因 此该远程智能监控系统具 有广泛的应用前景
机不存在失步或者超步, 从而稳定性和准确性 都难以保证, 这将直接影响系统性能"为了提高 步进电机控制系统的精度和准确度 , 同时也保 证控制系统简单, 通常采用闭环控制的方法来 提高系统的精度 "
象 根据细分驱动控制的原理建立细分仿真子 模块如图2 所示 在仿真中采用 16 细分控制,仿真结果如图 3 所示 从图中可以明显的看出,采用细分控制 后, 电机输出角位移更加平稳, ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ频振荡明显 降低 同时较小的步距角能够提高系统定位精
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细分前
根据此算法建立 PI 子 D 模块如图 1所示
间 细分后 图 3 细分前后电机输出角位移
图5 不同参数下 P D 控制的响应曲线 I
3 结论 通过仿真分析.步进电机,在加人电流和速 度控制反馈环后 , 系统组成了双闭环系统, 并通
2 P D 控制系统仿真 I 图 1 P ID 子模块 由于细分控制仅仅采用电流闭环, 故可以 书l 由于步进电机本身存在低频振荡的影响, 将其作为位置闭习 制的 州!内环加人到步进 为了 消除振荡 ,只有减小电机每步前进的角度 " 电机 P D 控制系统中" 如此可以将开环步进电 I 由于受到工艺和成本的限制,步进电机转子齿数 机控制系统改造为闭环系统, 步进电机 P D 控 I 不可能无限增多所 以只能通过细分驱动控制减 制系统结构框图如图4 所示 " 小步进角度 " 目 , 最常用的细分控制方法为 前 /正弦阶梯波 0 法,使绕组电流近似成为正弦波的 形式, 这样可以更好地降低电机的低频振荡现
度"
1 P D 与细分模块 I 在工业过程控制中, P D 控制系统是应用 I 最广泛的, 其 有原理简单 ! 无需精确数学模 具 型! 应用面宽等优点 "P D 调节是根据系统的误 I 差,按偏差的比例助 ! 积分¹ 和微分山) 进行控制 的, 在被控对象的结构与参数不能完全掌握,或 得不到精确的数学模型等情况下,可以通过 P D I 闭环控制来有效提高控制系统的精度和性能 " 随着计算机技术的快速发展, P D 控制器都通 I 过数字控制来实现, 并且利用计算机的强大功 能,不断改进数字 P D 控制规律潮 着更加灵活 I 和智能化的方向发展 "其中增量式 P D 算法在 I 实际中就多被采用其 算法如下:
参 考文献
2 1 汤 竞南 , 沈 国琴 ! 单片机 C 语 言 开发 与 实 1 5 例I !北京: 人 民邮电出版社 , 2 0 . M . 0 8 1 2张峰 . SM S 模 块 T C 35 1 及其 外 围 电路 设 计 3 毋自 动化技术与用二 曰 5 5日74 9. 0 9
] 4 l 李从容. 利用C SM 短消息实现远程监控l }电 J.
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过 P D 控制 , 在平衡位置时的速度振荡得到降 I 低, 有利于高精度定位的要求, 为以后的系统设 计 ,提供一定的参考依据 "
参考 文献
{]1 李维波. AT 人B 在电气工程中的应用阿l 匕 M J J . 京:中国电力出 版社. 2009. ] 2 l 史敬灼. 步进电机伺服控制技术I }北京:科学 M
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限幅模块控制电机的转速 " 在不同 P D 参数 卜 I 位置仿真输出如图5 所示,其中 P D 控制系统的 I 响应时间为45"这是由于在起始阶段月D 控制 器的 K . I 使得步进电机以较高速度 向期望位置 运行 ! 随着偏差的减小不P值逐渐减小. , ! ! r K Kl逐 渐接常数值,系统响应曲线趋于平缓 ) 当响应偏 差接近0 时 KI的增大使得系统能够较平稳地 达到期望位置而无振荡现象 , 这相对于常规响 应曲线,比较明显的提高在于起始阶段,系统响 应速度更快,最后趋于平衡位置的阶段, 曲线更 加平稳