淺談機電控制中的高精度步進角度控制器的設計與實現

孫瑾

（克拉瑪依職業技術學院，新疆 克拉瑪依 834000）

在傳統的機電控制優化中也提出了相應的方式來控制精度，降低相應的誤差問題，例如，考慮鐵損的異步電動機模糊自適應和基于Terminal滑模面下標準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，導致無法良好地建立高精度步進角度控制器。因此，在優化機電系統控制問題的時候引進自適應反饋誤差方式來實現誤差補償，改善機電機械運行效果。

1 高精度步進角度控制器系統設計

針對高精度步進角度控制器做好優化設計就必須清楚傳統步進角度控制器的系統組成，從其組成部分來一一分解，明確每個運行系統操作流程，清楚影響機電控制精度的因素。然后，從基于機電控制系統的電機驅動、主電機、傳動機構等系統出發，做好脈沖頻率、個數和信息的記錄，并把這些信息反饋到對應的方向號碼盤上，傳到控制器中，并傳到傳動機構進行帶動。在這個過程中，步進電機是中心驅動元件，通過相應的脈沖輸入來確定位置，而脈沖的頻率控制著轉速，讓整個控制器能夠有規律地運行。但傳統的控制器一旦出現相應的操作失誤就會造成較大的誤差出現，直接影響最終的操作結果。對此，結合當下的機械自動化技術進行控制器的結構設計，在驅動器輸入中設定好相應的計算機程序系統，針對脈沖個數、頻率與信息也結合智能化技術進行設計，讓每個環節都能夠自適應。當出現控制失誤的時候，自適應系統能夠做出相應的判斷，并將信息反饋到終端系統中，通過計算機做好相應的誤差補償技術來修正系統轉速，提升步進角度控制器的控制精度。如此一來，在進行高精度步進角度控制器系統設計時，要結合好當下先進的技術，結合計算機、智能化系統來實現步進角度控制器的自適應，有效地提升整個機電控制的精度。

2 高精度步進角度控制系統參量分析

2.1 構建常規的Smith結構模型來描述被控對象

被控對象的精準度直接關乎整個機電控制過程的精準度，對此，要做好機電控制系統的約束參量進行分析，設置好相應的初始值進行相應結構模型建立，并做好縱平面的對稱。然后，針對控制器執行器進行角度動壓、能量和阻尼力矩的控制，測試出能夠滿足角速度的參量值，并記錄好相應的參數量。最后，將步進縱向平面坐標的慣性坐標作為假設值來進行Smith結構模型建立，并制定出相應的被控制對象Smith結構圖。同時，設定好相應的閉環特征函數，做好整個機電控制系統的運行跟蹤，在跟蹤過程中注意各個數值的變化，尤其要注意執行單元中穩態誤差，促使其形成一個可以滿足滯耦合的多模控制模型。通過反復的超調建立好步進角度控制器的被控系統。另外，針對控制器進行外部擾動因素引進到執行單元中，做好相應的誤差信息追蹤，針對每個步進狀態出現的角度矯正控制做好相應的系數輸入輸出來記載反饋到相應的控制系統中，通過反復的控制操作構建出Smith閉環控制系統，建立被控對象的數學模型，并針對該數學模型做好控制器的優化，提升被控對象的操作精度。

2.2 構建控制約束參量模型

當做好被控對象的模型建設后，還要針對器步進角度、縱傾角、穩態誤差和動態特性進行建模，確定好其參數。因此，在電動執行單元平衡的狀態下輸入相應的執行單元參量模型，設置好個參數、各信號的輸入，得出電動執行單元的步進角度矯正參數。然后，將矯正參數和動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，并確定其電動執行的角度，確保整個控制約束參量模型時動態的，讓其在不斷的變化調整中反饋信息，制定出最終的約束參量，提高整個控制系統的控制性能，能夠靈活地面對操作誤差進行調整。

3 高精度步進角度控制系統的實現

3.1 確定步進驅動器的細分數值

步進驅動器的細分書越高控制分辨率就會越高。要想精度越高的用戶在這個時候就要將脈沖當量設置得盡可能小一些，然后根據脈沖的信號反饋進行相應運行參數的記錄收集與分析，并將其反饋到步進角度控制系統中，做好相應的位置調整，根據誤差的反饋做好相應誤差的自動補償。一般來說，從步進驅動器的細分數值進行控制就能夠更有效地實現高精度的步進角度控制器調整，讓整個機電操作系統能夠更加精細化，降低誤差出現的頻率。

3.2 自適應做好閉環控制率

在機電控制過程中，做好步進控制對象分析和控制約束參量模型建立后即可進行自適應閉環控制率分析控制。技術人員通過傳統Smith控制器劃分控制對象，做好穩態和非穩態兩個環節的區分。然后，根據機電控制系統的運行狀況進行角速率陀螺儀的穩態追蹤，監測過程中的角速度情況，并做好步進角度的閉環控制律值設定。在整個過程中可以設定好多個數值獲取點，采用先進技術建立好運行數據庫，才能夠更好地整理總結出誤差值。最后，通過運行狀態數值的計算整理，利用自適應反饋調節進行約束參量的自適應加權，進而可以延伸計算出相應的步進角度、縱傾角的加權修正函數。技術人員再利用函數來調整出最優的跟蹤角度，設定好相應跟蹤運行參數來保障系統的穩定性。同時，還要針對局部進行相應的調整，明確好局部與整體的補償誤差，再根據參數進行相應的反饋調整。通過一步步地運行函數羅列，做好相關數值的收集和整理，通過計算機系統計算出最優閉環控制律，將其數值反饋到相應的控制器執行系統中做好步進角度的調整，讓整個機電控制系統的誤差降低，提升機械的整體運行精度。

3.3 確定步進角度的誤差補償

通過上述的參考模型約束下將控制目標函數的轉換進行一兩次的轉換，并設定好1次、2次的轉換角度，確定傳遞系數后根據性能指標進行相應的步進角度參數自定反饋調節，明確穩態與動態之間的泛函關系。

同時要注重步進穩態跟蹤的角度調整，把穩態誤差降低，并輸出好相應的誤差收斂函數。機電控制優化過程中還可以做好持續的干擾，通過不斷的抑制和誤差修正得出最優的角度，實現良好的控制方式。優化人員再根據模型的建立做好相應優化方案的設立，針對機電控制中的每個環節做好誤差補償的設定，引進先進的技術實現步進誤差補償的自適應，實現整個機械運行過程的自動化、智能化，通過科學合理的方式降低操作誤差。

3.4 強化仿真實驗分析，明確高精度的實現

一切的函數設立、參數考察以及模型建立都要走向仿真的實驗，制定好仿真實驗才能夠更加明確地進行步進采用分析，并結合實際的機電控制系統運行情況來優化整個機電控制系統。技術人員可以利用Matlab7.0的環境建立實驗分析，通過設定好采樣周期、振蕩周期、穩態指標、動態指標、內環增益等系數，通過變動相應的參量來模仿整個機電系統運行狀況，并從中確定相應的傳遞函數，做好相應的步進角度控制相位圖和誤差收斂性分析，進而做好步進角度控制。通過不斷的步數迭代讓確定平均能力穩定性，讓整個誤差收斂趨向零。如此一來，整個機電系統的步進角度控制就達到了高精度使用。技術人員可以根據仿真實現的參量進行機電控制系統的優化設計，實現高精度控制，提升整個機械的運行效率。

4 結語

總之，通過對高精度步進角度控制器系統的設計與優化，有效地提升了機電控制中的精度，提高機械作業的質量。首先，分析好高精度步進角度控制系統的組成部分，清楚每個環境的控制流程。然后，針對各項參量進行優化構建出相應的模型，建立好控制約束參量以及傳遞函數，在模型運行的過程中做好相應的優化改良，調解好對應的反饋環節。最后，做好自適應反饋加權來進行閉環控制，實現相應的自適應調整誤差，補償誤差，同時減少力矩的干擾性，實現整個控制器的優化，提升機電控制過程的精度。