电工优优今天要和大家分享的步进电机调速系统算法的设计相关信息，接下来我将从步进电机调速系统的反馈环节是,步进电机调速系统设计,步进电机调速系统的仿真分析开题报告这几个方面来介绍。
算法对于步进电机调速系统设计是一个相当重在的环节，因为只有确定了算法之后才能对步进电机的速度进行准确的控制，并时也能达到精确的调速目的。同时算法也是编写软件的前提与基础。控制算法有多种，常用的两种算法是PID和模糊控制算法。
PID 控制与模糊控制是两种常用的控制方法,但它们还存在一些不足,如一般PID 控制容易产生超调、模糊控制的稳态精度不高,在这两种控制方法基础上进行改进,可产生多种更好的控制方法。本文采用的复合PID 控制算法和带动态补偿的模糊控制算法克服了以上缺陷,取得了较好的实验效果。
1、PID 控制算法
PID 调节的实质就是根据输入的偏差值,按比例、积分、微分的函数关系,进行运算,将其运算结果用以输出控制,将基本PID 算式离散化可得到位置型PID 控制算法,对位置型PID 进行变换可得到增量型PID 控制算法。对控制精度要求较高的系统一般采用位置型算法,而在以步进电机或多圈电位器做执行器件的系统中,则采用增量型算法。
PID是一种工业控制过程中应用较为广泛的一种控制算法，它具有原理简单，易于实现，稳定性好，适用范围广，控制参数易于整定等优点。PID控制不需了解被控对象的数学模型,只要根据经验调整控制器参数 ,便可获得满意的结果。其不足之处是对被控参数的变化比较敏感。但是通过软件编程方法实现PID控制 ,可以灵活地调整参数。,尽管近年来出现了很多先进的控制算法，但PID控制仍然以其独有的特点在工业控制过程中具有相当大的比重，且控制效果相当令人满意。
连续PID控制器也称比例－积分－微分控制器，即过程控制是按误差的比例（P-ProportionAl）、积分（I-IntegrAl）和微分（D-DerivAtive）对系统进行控制，其系统原理框图如图1所示：
图1 PID的原理框图
它的控制规律的数学模型如下：
\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT (1)
或写成传递函数形式：
\* MERGEFORMAT (2)
式中，e(t)：调节器输入函数，即给定量与输出量的偏u(t)：调节器输出函数。
Kp：比例系数；
T：积分时间常数；
T：微分时间常数。
将式（2-1）展开，调节器输出函数可分成比例部分、积分部分和微分部分，它们分别是:
⑴ 比例部分比例部分的数学表达式是 \* MERGEFORMAT ,p在比例部分中，Kp是比例系数，Kp越大，可以使系统的过渡过程越快，迅速消除静误差；但Kp过大，易使系统超调，产生振荡，导致不稳定。因此，此比例系数应选择合适，才能达到使系统的过渡过程时间短而稳定的效果。
图为比例调节器
（3）
比例调节器
其中： U控制器的输出
\* MERGEFORMAT 比例系数
E 调节器输入偏差
\* MERGEFORMAT 控制量的基准
比例作用：迅速反应误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定
⑵ 积分部分 积分部分的数学表达式是 \* MERGEFORMAT 从它的数学表达式可以看出，要是系统误差存在，控制作用就会不断增
加或减少，只有e(t)=0时，它的积分才是一个不变的常数，控制作用也就不会改变，积分部分的作用是消除系统误差。
积分时间常数 \* MERGEFORMAT 的选择对积分部分的作用影响很大。 \* MERGEFORMAT 较大，积分作用较弱，这时，系统消除误差所需的时间会加长，调节过程慢； \* MERGEFORMAT 较小，积分作用增强，这时可能使系统过渡过程产生振荡，但可以较快地消除误差。
⑶ 微分部分
微分部分的数学表达式是 \* MERGEFORMAT .
微分部分的作用主要是抵消误差的变化，作用强弱由微分时间常数T确定。 \* MERGEFORMAT 越大，则抑制误差e(t)变化的作用越强，但易于使系统产生振荡； \* MERGEFORMAT 越小，抵消误差的作用越弱。因而，微分时间常数要选择合适，使系统尽快稳定。
比例积分微分调节器如图2所示:
图2
但PID算法有两种分别为: 位置式、增量式.
位置式PID控制算法
（4）
（5） 由(5)与(6)式可以推出下式
（6）
位置式控制算法提供执行机构的位置uk，需要累计Ek.
增量式PID控制算法
（8）
(9)
由(1)与(2)式可推出下式:
（10）
增量式控制算法提供执行机构的增量 \* MERGEFORMAT 只需要保持.现时以前3个时刻的偏差值即可.增量式算法不需做累加，计算误差和计算精度问题对控制量的计算影响较小；位置式算法要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累计误差。
控制从手动切换到自动时，位置式算法必须先将计算机的输出值置为原始值 \* MERGEFORMAT 时，才能保证无冲击切换；增量式算法与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。
在实际应用中，应根据被控对象的实际情况加以选择。一般认为，在以闸管或伺服电机作为执行器件，或对控制精度要求较高的系统中，应当采用位置式算法；而在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中，则应采用增量式算法。
因本次设计对步进电机的调速范围与控制精确的要求,应采用增量式PID控制：系统的流程框图如2所示:
图2 步进电机调速系统的控制流程图
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