步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)適應(yīng)性模糊控制
馮顯英 宋現(xiàn)春 張 強(qiáng) 岳明君（山東工業(yè)大學(xué)濟(jì)南250061）
摘 要 基于模糊推理法設(shè)計(jì)了步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)適應(yīng)性模糊控制器，用于雷達(dá)罩天線座跟蹤測(cè)量?jī)x模擬跟蹤測(cè)量目標(biāo)。測(cè)量結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)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(fù)定位精度在3秒內(nèi)。
敘 詞 模糊性理論適應(yīng)性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
l引 言
步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的電磁機(jī)電元件，具有成本低、控制特性好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化儀表等設(shè)備中的位置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。如在我國(guó)目前生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中，有近百分之80是以步進(jìn)電機(jī)作為伺服單元。但步進(jìn)電機(jī)也存在著很大的缺陷，在速度較高或加速度較大時(shí)易出現(xiàn)失步現(xiàn)象，這樣其控制的機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)精度就很低。因此，提高步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度和可靠性，已經(jīng)成為必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在這方面，目前國(guó)內(nèi)外作了大量的研究，如步進(jìn)電機(jī)的****升、降頻特性研究、細(xì)分步控制技術(shù)研究等。本文探討模糊控制理論用于步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)的研究，并成功地應(yīng)用到雷達(dá)罩天線座跟蹤測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)中，既提高了伺服跟蹤精度和跟蹤實(shí)時(shí)性，又有效地避免了系統(tǒng)的振蕩。
2步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的誤差恃性和控制方法
2·1 步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的誤差特性
常規(guī)開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)精度低的原因主要由以下幾個(gè)方面的誤差因素造成的：
(1)對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，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(yùn)動(dòng)具有步進(jìn)感，產(chǎn)生振蕩，各步距間存在步距誤差。
(2)由于一般步進(jìn)電機(jī)的功率較小，步進(jìn)伺服系統(tǒng)中一般都含有如齒輪副、絲杠螺母副等傳動(dòng)副，它們間存在間隙，致使運(yùn)動(dòng)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(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件的制造誤差和磨損等造成傳動(dòng)誤差，并隨位移非線性變化。
(4)伺服系統(tǒng)中各傳動(dòng)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(jìn)給脈沖被“吃掉”的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)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(jiàn)，各種非線性誤差因素的影響，必然使執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際位移偏離指令值，出現(xiàn)偏差，且呈現(xiàn)較強(qiáng)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(jiǎn)單且控制效果又****的方法設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于作為被控對(duì)象的步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的誤差非線性和不確定性，如雷達(dá)罩天線座跟蹤測(cè)量?jī)x，在跟蹤目標(biāo)時(shí)，因室外風(fēng)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(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)式準(zhǔn)確表達(dá)，因此很難求取用于這種場(chǎng)合下的精確的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。這樣，依據(jù)常規(guī)的控制理論和方法設(shè)計(jì)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(duì)這種具有多種模糊性因素影響的被控制對(duì)象，進(jìn)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(wèn)題的解決開(kāi)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(fù)雜、隨機(jī)、不確定、時(shí)變系統(tǒng)控制的強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具。
3步進(jìn)伺服系統(tǒng)適應(yīng)性模糊控制器設(shè)計(jì)[2，3]
對(duì)于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(gè)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(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率。一個(gè)典型的模糊控制器都包含有三個(gè)環(huán)節(jié)：精確量的模糊化、模糊推理和反模糊化。
為提高實(shí)時(shí)性和跟蹤精度，這里采用離線模糊推理運(yùn)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(dá)罩天線座測(cè)量?jī)x測(cè)量參數(shù)較多和測(cè)量環(huán)境的變化（如室外風(fēng)載荷影響等），在一般場(chǎng)合下，依據(jù)原手動(dòng)斷續(xù)定點(diǎn)跟蹤測(cè)量經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的知識(shí)庫(kù)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(cè)量場(chǎng)合和控制過(guò)程的突變，提高跟蹤效果。因此本文設(shè)計(jì)的閉環(huán)適應(yīng)性模糊 |
