步进电机位置伺服系统的多模态控制策略研究

发布时间：2017-10-26 23:28

  本文关键词：步进电机位置伺服系统的多模态控制策略研究

  更多相关文章： 两相混合式步进电机 GA-RBF神经网络 系统辨识 模糊PID控制 模糊控制 多模态控制

【摘要】：步进电机开环控制的优势显而易见,不仅成本低廉,不需要昂贵的传感器或光电编码器这样的反馈设备,而且控制系统搭建简单易操作,使其能在一定范围内满足精度要求。但是由于目前各个行业对加工精度要求的提高,步进电机的开环控制已经在很大范围内的应用受到了限制,步进电机的低频振荡以及高频失步的问题是迫切需要解决的问题。目前针对应用最广的两相混合式步进电机,如何建立精确的数学模型并结合主流的智能控制算法实现精准稳定的位置控制已成为行业内的发展方向。论文深入研究了两相混合式步进电机的结构、原理及运行特性,通过dq坐标变换和两相电压SVPWM技术实现了两相混合式步进电机的电流控制方案并以此为基础通过对电机进行速度闭环和位置闭环控制实现了伺服系统总体方案。论文以DSP28335为主控芯片完成了系统硬件设计,搭建了全闭环的位置伺服系统。针对两相混合式步进电机运行过程中非线性等不确定因素,采用了GA-RBF神经网络对系统进行辨识,得到了两相混合式步进电机运行系统的数学模型,为控制策略的研究打下基础。论文提出了基于模糊控制和模糊PID控制的多模态位置环控制策略,它可以使位置控制器在不同的系统模态下选择较为合适控制策略,最终实现快速、精确、稳定的位置控制。分别设计了位置环的模糊控制器和模糊PID控制器,运用多模态控制理论,实现了基于模糊控制和模糊PID控制的多模态位置控制器,然后分别对上述控制器进行Simulink建模仿真。从仿真的结果来看,多模态控制器较好地综合了模糊控制和模糊PID控制的优势,系统响应速度快,低速震荡小,精度高,抗干扰能力强且有良好的跟踪能力。
【关键词】：两相混合式步进电机 GA-RBF神经网络 系统辨识 模糊PID控制 模糊控制 多模态控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM383.6;TM921.541
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 选题背景及研究意义8
• 1.2 步进电机位置伺服系统8-10
• 1.3 步进电机控制策略研究现状10-12
• 1.4 论文研究的主要内容12-14
• 2 两相混合式步进电机的原理、特性及系统总体方案14-33
• 2.1 混合式步进电机的结构14-15
• 2.2 两相混合式步进电机的工作原理15-21
• 2.2.1 两相混合式步进电机的工作状态15-17
• 2.2.2 两相混合式步进电机的驱动方式17-21
• 2.3 两相混合式步进电机的运行特性分析21-23
• 2.3.1 静态转矩特性21-22
• 2.3.2 动态转矩特性22-23
• 2.3.3 暂态转矩特性23
• 2.4 两相混合式步进电机的数学模型23-25
• 2.5 两相混合式步进电机系统总体方案25-32
• 2.5.1 常用坐标系及其变换原理25-26
• 2.5.2 两相混合式步进电机电流控制原理26-27
• 2.5.3 两相电压SVPWM技术27-30
• 2.5.4 两相混合式步进电机系统总体方案的实现30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 两相混合式步进电机伺服系统硬件设计33-41
• 3.1 步进电机伺服系统性能指标33
• 3.2 硬件设计33-40
• 3.2.1 DSP最小系统33-34
• 3.2.2 电源电路34-36
• 3.2.3 MAX232通信电路36
• 3.2.4 功率驱动电路36-38
• 3.2.5 电流采样/调理电路38
• 3.2.6 过压/过流保护电路38-39
• 3.2.7 其他硬件模块介绍39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 4 基于GA-RBF的两相混合式步进电机系统辨识41-60
• 4.1 系统辨识概述41-42
• 4.1.1 系统辨识的特点41
• 4.1.2 系统辨识的步骤41-42
• 4.2 RBF神经网络42-47
• 4.2.1 神经网络基础42-45
• 4.2.2 RBF神经网络基本知识45-46
• 4.2.3 RBF神经网络的学习算法46-47
• 4.3 遗传算法47-49
• 4.3.1 遗传算法的基本思想47-48
• 4.3.2 遗传算法的优点48
• 4.3.3 遗传算法的实现流程48-49
• 4.4 GA-RBF系统辨识49-59
• 4.4.1 GA-RBF系统辨识方案49-54
• 4.4.2 辨识数据的获取与预处理54-57
• 4.4.3 GA-RBF系统辨识实验与结果57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 两相混合式步进电机的多模态控制策略60-81
• 5.1 模糊控制系统设计60-66
• 5.1.1 模糊控制理论的基本思想60-64
• 5.1.2 模糊控制器设计64-66
• 5.2 模糊PID控制系统设计66-73
• 5.2.1 模糊PID控制理论的基本思想66-69
• 5.2.2 模糊PID控制器设计69-73
• 5.3 多模态控制系统设计73-76
• 5.3.1 多模态控制方式的原理73-74
• 5.3.2 多模态切换方式及控制器设计74-76
• 5.4 仿真结果与分析76-80
• 5.4.1 阶跃信号的仿真结果与分析76-78
• 5.4.2 正弦信号的仿真结果与分析78-80
• 5.5 本章小结80-81
• 6 论文总结与展望81-82
• 6.1 论文主要工作和成果81
• 6.2 论文创新点81
• 6.3 后续工作展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 附录86

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