淺談機(jī)電控制中的高精度步進(jìn)角度控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫瑾

（克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000）

在傳統(tǒng)的機(jī)電控制優(yōu)化中也提出了相應(yīng)的方式來控制精度，降低相應(yīng)的誤差問題，例如，考慮鐵損的異步電動(dòng)機(jī)模糊自適應(yīng)和基于Terminal滑模面下標(biāo)準(zhǔn)能力梯度修正這兩種，但前者的魯棒性不好，后者容易受到較大的干擾作用，抗干擾性能不強(qiáng)，導(dǎo)致無法良好地建立高精度步進(jìn)角度控制器。因此，在優(yōu)化機(jī)電系統(tǒng)控制問題的時(shí)候引進(jìn)自適應(yīng)反饋誤差方式來實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，改善機(jī)電機(jī)械運(yùn)行效果。

1 高精度步進(jìn)角度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對高精度步進(jìn)角度控制器做好優(yōu)化設(shè)計(jì)就必須清楚傳統(tǒng)步進(jìn)角度控制器的系統(tǒng)組成，從其組成部分來一一分解，明確每個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)操作流程，清楚影響機(jī)電控制精度的因素。然后，從基于機(jī)電控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)、主電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等系統(tǒng)出發(fā)，做好脈沖頻率、個(gè)數(shù)和信息的記錄，并把這些信息反饋到對應(yīng)的方向號(hào)碼盤上，傳到控制器中，并傳到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行帶動(dòng)。在這個(gè)過程中，步進(jìn)電機(jī)是中心驅(qū)動(dòng)元件，通過相應(yīng)的脈沖輸入來確定位置，而脈沖的頻率控制著轉(zhuǎn)速，讓整個(gè)控制器能夠有規(guī)律地運(yùn)行。但傳統(tǒng)的控制器一旦出現(xiàn)相應(yīng)的操作失誤就會(huì)造成較大的誤差出現(xiàn)，直接影響最終的操作結(jié)果。對此，結(jié)合當(dāng)下的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在驅(qū)動(dòng)器輸入中設(shè)定好相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，針對脈沖個(gè)數(shù)、頻率與信息也結(jié)合智能化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓每個(gè)環(huán)節(jié)都能夠自適應(yīng)。當(dāng)出現(xiàn)控制失誤的時(shí)候，自適應(yīng)系統(tǒng)能夠做出相應(yīng)的判斷，并將信息反饋到終端系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)做好相應(yīng)的誤差補(bǔ)償技術(shù)來修正系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，提升步進(jìn)角度控制器的控制精度。如此一來，在進(jìn)行高精度步進(jìn)角度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合好當(dāng)下先進(jìn)的技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)、智能化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)角度控制器的自適應(yīng)，有效地提升整個(gè)機(jī)電控制的精度。

2 高精度步進(jìn)角度控制系統(tǒng)參量分析

2.1 構(gòu)建常規(guī)的Smith結(jié)構(gòu)模型來描述被控對象

被控對象的精準(zhǔn)度直接關(guān)乎整個(gè)機(jī)電控制過程的精準(zhǔn)度，對此，要做好機(jī)電控制系統(tǒng)的約束參量進(jìn)行分析，設(shè)置好相應(yīng)的初始值進(jìn)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)模型建立，并做好縱平面的對稱。然后，針對控制器執(zhí)行器進(jìn)行角度動(dòng)壓、能量和阻尼力矩的控制，測試出能夠滿足角速度的參量值，并記錄好相應(yīng)的參數(shù)量。最后，將步進(jìn)縱向平面坐標(biāo)的慣性坐標(biāo)作為假設(shè)值來進(jìn)行Smith結(jié)構(gòu)模型建立，并制定出相應(yīng)的被控制對象Smith結(jié)構(gòu)圖。同時(shí)，設(shè)定好相應(yīng)的閉環(huán)特征函數(shù)，做好整個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行跟蹤，在跟蹤過程中注意各個(gè)數(shù)值的變化，尤其要注意執(zhí)行單元中穩(wěn)態(tài)誤差，促使其形成一個(gè)可以滿足滯耦合的多模控制模型。通過反復(fù)的超調(diào)建立好步進(jìn)角度控制器的被控系統(tǒng)。另外，針對控制器進(jìn)行外部擾動(dòng)因素引進(jìn)到執(zhí)行單元中，做好相應(yīng)的誤差信息追蹤，針對每個(gè)步進(jìn)狀態(tài)出現(xiàn)的角度矯正控制做好相應(yīng)的系數(shù)輸入輸出來記載反饋到相應(yīng)的控制系統(tǒng)中，通過反復(fù)的控制操作構(gòu)建出Smith閉環(huán)控制系統(tǒng)，建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，并針對該數(shù)學(xué)模型做好控制器的優(yōu)化，提升被控對象的操作精度。

2.2 構(gòu)建控制約束參量模型

當(dāng)做好被控對象的模型建設(shè)后，還要針對器步進(jìn)角度、縱傾角、穩(wěn)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行建模，確定好其參數(shù)。因此，在電動(dòng)執(zhí)行單元平衡的狀態(tài)下輸入相應(yīng)的執(zhí)行單元參量模型，設(shè)置好個(gè)參數(shù)、各信號(hào)的輸入，得出電動(dòng)執(zhí)行單元的步進(jìn)角度矯正參數(shù)。然后，將矯正參數(shù)和動(dòng)量矩和阻力矩來做好縱向傾角偏移的修正。最后，通過不斷地調(diào)整控制器的變量，誤差方式來反饋角速度的誤差，并確定其電動(dòng)執(zhí)行的角度，確保整個(gè)控制約束參量模型時(shí)動(dòng)態(tài)的，讓其在不斷的變化調(diào)整中反饋信息，制定出最終的約束參量，提高整個(gè)控制系統(tǒng)的控制性能，能夠靈活地面對操作誤差進(jìn)行調(diào)整。

3 高精度步進(jìn)角度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 確定步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)值

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分書越高控制分辨率就會(huì)越高。要想精度越高的用戶在這個(gè)時(shí)候就要將脈沖當(dāng)量設(shè)置得盡可能小一些，然后根據(jù)脈沖的信號(hào)反饋進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的記錄收集與分析，并將其反饋到步進(jìn)角度控制系統(tǒng)中，做好相應(yīng)的位置調(diào)整，根據(jù)誤差的反饋?zhàn)龊孟鄳?yīng)誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。一般來說，從步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)值進(jìn)行控制就能夠更有效地實(shí)現(xiàn)高精度的步進(jìn)角度控制器調(diào)整，讓整個(gè)機(jī)電操作系統(tǒng)能夠更加精細(xì)化，降低誤差出現(xiàn)的頻率。

3.2 自適應(yīng)做好閉環(huán)控制率

在機(jī)電控制過程中，做好步進(jìn)控制對象分析和控制約束參量模型建立后即可進(jìn)行自適應(yīng)閉環(huán)控制率分析控制。技術(shù)人員通過傳統(tǒng)Smith控制器劃分控制對象，做好穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩個(gè)環(huán)節(jié)的區(qū)分。然后，根據(jù)機(jī)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行角速率陀螺儀的穩(wěn)態(tài)追蹤，監(jiān)測過程中的角速度情況，并做好步進(jìn)角度的閉環(huán)控制律值設(shè)定。在整個(gè)過程中可以設(shè)定好多個(gè)數(shù)值獲取點(diǎn)，采用先進(jìn)技術(shù)建立好運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，才能夠更好地整理總結(jié)出誤差值。最后，通過運(yùn)行狀態(tài)數(shù)值的計(jì)算整理，利用自適應(yīng)反饋調(diào)節(jié)進(jìn)行約束參量的自適應(yīng)加權(quán)，進(jìn)而可以延伸計(jì)算出相應(yīng)的步進(jìn)角度、縱傾角的加權(quán)修正函數(shù)。技術(shù)人員再利用函數(shù)來調(diào)整出最優(yōu)的跟蹤角度，設(shè)定好相應(yīng)跟蹤運(yùn)行參數(shù)來保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，還要針對局部進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，明確好局部與整體的補(bǔ)償誤差，再根據(jù)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的反饋調(diào)整。通過一步步地運(yùn)行函數(shù)羅列，做好相關(guān)數(shù)值的收集和整理，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算出最優(yōu)閉環(huán)控制律，將其數(shù)值反饋到相應(yīng)的控制器執(zhí)行系統(tǒng)中做好步進(jìn)角度的調(diào)整，讓整個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)的誤差降低，提升機(jī)械的整體運(yùn)行精度。

3.3 確定步進(jìn)角度的誤差補(bǔ)償

通過上述的參考模型約束下將控制目標(biāo)函數(shù)的轉(zhuǎn)換進(jìn)行一兩次的轉(zhuǎn)換，并設(shè)定好1次、2次的轉(zhuǎn)換角度，確定傳遞系數(shù)后根據(jù)性能指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的步進(jìn)角度參數(shù)自定反饋調(diào)節(jié)，明確穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)之間的泛函關(guān)系。

同時(shí)要注重步進(jìn)穩(wěn)態(tài)跟蹤的角度調(diào)整，把穩(wěn)態(tài)誤差降低，并輸出好相應(yīng)的誤差收斂函數(shù)。機(jī)電控制優(yōu)化過程中還可以做好持續(xù)的干擾，通過不斷的抑制和誤差修正得出最優(yōu)的角度，實(shí)現(xiàn)良好的控制方式。優(yōu)化人員再根據(jù)模型的建立做好相應(yīng)優(yōu)化方案的設(shè)立，針對機(jī)電控制中的每個(gè)環(huán)節(jié)做好誤差補(bǔ)償?shù)脑O(shè)定，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)誤差補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械運(yùn)行過程的自動(dòng)化、智能化，通過科學(xué)合理的方式降低操作誤差。

3.4 強(qiáng)化仿真實(shí)驗(yàn)分析，明確高精度的實(shí)現(xiàn)

一切的函數(shù)設(shè)立、參數(shù)考察以及模型建立都要走向仿真的實(shí)驗(yàn)，制定好仿真實(shí)驗(yàn)才能夠更加明確地進(jìn)行步進(jìn)采用分析，并結(jié)合實(shí)際的機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行情況來優(yōu)化整個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)。技術(shù)人員可以利用Matlab7.0的環(huán)境建立實(shí)驗(yàn)分析，通過設(shè)定好采樣周期、振蕩周期、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)、內(nèi)環(huán)增益等系數(shù)，通過變動(dòng)相應(yīng)的參量來模仿整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并從中確定相應(yīng)的傳遞函數(shù)，做好相應(yīng)的步進(jìn)角度控制相位圖和誤差收斂性分析，進(jìn)而做好步進(jìn)角度控制。通過不斷的步數(shù)迭代讓確定平均能力穩(wěn)定性，讓整個(gè)誤差收斂趨向零。如此一來，整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的步進(jìn)角度控制就達(dá)到了高精度使用。技術(shù)人員可以根據(jù)仿真實(shí)現(xiàn)的參量進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高精度控制，提升整個(gè)機(jī)械的運(yùn)行效率。

4 結(jié)語

總之，通過對高精度步進(jìn)角度控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，有效地提升了機(jī)電控制中的精度，提高機(jī)械作業(yè)的質(zhì)量。首先，分析好高精度步進(jìn)角度控制系統(tǒng)的組成部分，清楚每個(gè)環(huán)境的控制流程。然后，針對各項(xiàng)參量進(jìn)行優(yōu)化構(gòu)建出相應(yīng)的模型，建立好控制約束參量以及傳遞函數(shù)，在模型運(yùn)行的過程中做好相應(yīng)的優(yōu)化改良，調(diào)解好對應(yīng)的反饋環(huán)節(jié)。最后，做好自適應(yīng)反饋加權(quán)來進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的自適應(yīng)調(diào)整誤差，補(bǔ)償誤差，同時(shí)減少力矩的干擾性，實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制器的優(yōu)化，提升機(jī)電控制過程的精度。