本文關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)位置伺服系統(tǒng)的多模態(tài)控制策略研究

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【摘要】：步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制的優(yōu)勢(shì)顯而易見,不僅成本低廉,不需要昂貴的傳感器或光電編碼器這樣的反饋設(shè)備,而且控制系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)單易操作,使其能在一定范圍內(nèi)滿足精度要求。但是由于目前各個(gè)行業(yè)對(duì)加工精度要求的提高,步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制已經(jīng)在很大范圍內(nèi)的應(yīng)用受到了限制,步進(jìn)電機(jī)的低頻振蕩以及高頻失步的問題是迫切需要解決的問題。目前針對(duì)應(yīng)用最廣的兩相混合式步進(jìn)電機(jī),如何建立精確的數(shù)學(xué)模型并結(jié)合主流的智能控制算法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)穩(wěn)定的位置控制已成為行業(yè)內(nèi)的發(fā)展方向。論文深入研究了兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理及運(yùn)行特性,通過dq坐標(biāo)變換和兩相電壓SVPWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的電流控制方案并以此為基礎(chǔ)通過對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)和位置閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)總體方案。論文以DSP28335為主控芯片完成了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),搭建了全閉環(huán)的位置伺服系統(tǒng)。針對(duì)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過程中非線性等不確定因素,采用了GA-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí),得到了兩相混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,為控制策略的研究打下基礎(chǔ)。論文提出了基于模糊控制和模糊PID控制的多模態(tài)位置環(huán)控制策略,它可以使位置控制器在不同的系統(tǒng)模態(tài)下選擇較為合適控制策略,最終實(shí)現(xiàn)快速、精確、穩(wěn)定的位置控制。分別設(shè)計(jì)了位置環(huán)的模糊控制器和模糊PID控制器,運(yùn)用多模態(tài)控制理論,實(shí)現(xiàn)了基于模糊控制和模糊PID控制的多模態(tài)位置控制器,然后分別對(duì)上述控制器進(jìn)行Simulink建模仿真。從仿真的結(jié)果來看,多模態(tài)控制器較好地綜合了模糊控制和模糊PID控制的優(yōu)勢(shì),系統(tǒng)響應(yīng)速度快,低速震蕩小,精度高,抗干擾能力強(qiáng)且有良好的跟蹤能力。
【關(guān)鍵詞】：兩相混合式步進(jìn)電機(jī) GA-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)辨識(shí) 模糊PID控制 模糊控制 多模態(tài)控制
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM383.6;TM921.541
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 選題背景及研究意義8
• 1.2 步進(jìn)電機(jī)位置伺服系統(tǒng)8-10
• 1.3 步進(jìn)電機(jī)控制策略研究現(xiàn)狀10-12
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容12-14
• 2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的原理、特性及系統(tǒng)總體方案14-33
• 2.1 混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)14-15
• 2.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理15-21
• 2.2.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)15-17
• 2.2.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式17-21
• 2.3 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性分析21-23
• 2.3.1 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性21-22
• 2.3.2 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性22-23
• 2.3.3 暫態(tài)轉(zhuǎn)矩特性23
• 2.4 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.5 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)總體方案25-32
• 2.5.1 常用坐標(biāo)系及其變換原理25-26
• 2.5.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)電流控制原理26-27
• 2.5.3 兩相電壓SVPWM技術(shù)27-30
• 2.5.4 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)總體方案的實(shí)現(xiàn)30-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 3 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33-41
• 3.1 步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)性能指標(biāo)33
• 3.2 硬件設(shè)計(jì)33-40
• 3.2.1 DSP最小系統(tǒng)33-34
• 3.2.2 電源電路34-36
• 3.2.3 MAX232通信電路36
• 3.2.4 功率驅(qū)動(dòng)電路36-38
• 3.2.5 電流采樣/調(diào)理電路38
• 3.2.6 過壓/過流保護(hù)電路38-39
• 3.2.7 其他硬件模塊介紹39-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 4 基于GA-RBF的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)41-60
• 4.1 系統(tǒng)辨識(shí)概述41-42
• 4.1.1 系統(tǒng)辨識(shí)的特點(diǎn)41
• 4.1.2 系統(tǒng)辨識(shí)的步驟41-42
• 4.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)42-47
• 4.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)42-45
• 4.2.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)45-46
• 4.2.3 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法46-47
• 4.3 遺傳算法47-49
• 4.3.1 遺傳算法的基本思想47-48
• 4.3.2 遺傳算法的優(yōu)點(diǎn)48
• 4.3.3 遺傳算法的實(shí)現(xiàn)流程48-49
• 4.4 GA-RBF系統(tǒng)辨識(shí)49-59
• 4.4.1 GA-RBF系統(tǒng)辨識(shí)方案49-54
• 4.4.2 辨識(shí)數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理54-57
• 4.4.3 GA-RBF系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 5 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的多模態(tài)控制策略60-81
• 5.1 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)60-66
• 5.1.1 模糊控制理論的基本思想60-64
• 5.1.2 模糊控制器設(shè)計(jì)64-66
• 5.2 模糊PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)66-73
• 5.2.1 模糊PID控制理論的基本思想66-69
• 5.2.2 模糊PID控制器設(shè)計(jì)69-73
• 5.3 多模態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)73-76
• 5.3.1 多模態(tài)控制方式的原理73-74
• 5.3.2 多模態(tài)切換方式及控制器設(shè)計(jì)74-76
• 5.4 仿真結(jié)果與分析76-80
• 5.4.1 階躍信號(hào)的仿真結(jié)果與分析76-78
• 5.4.2 正弦信號(hào)的仿真結(jié)果與分析78-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 6 論文總結(jié)與展望81-82
• 6.1 論文主要工作和成果81
• 6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)81
• 6.3 后續(xù)工作展望81-82
• 致謝82-83
• 參考文獻(xiàn)83-86
• 附錄86

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