【摘 要】
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步进电机以其控制方式简单、定位精准无累计误差、性价比高等优点被广泛应用于工业生产和自动化控制领域,传统步进电机常采用开环控制方式,运行效果很大程度上取决于电机自身设计结构,随着对被控设备响应稳定性以及运行精度要求的不断提高,以及设备复杂度的不断提升,实际工况下常需要对多个电机进行独立或联合的精确控制,随着新型微处理器运算处理能力的不断推高,多电机控制常采用堆叠控制芯片的方法增加了设备成本浪费了芯片
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步进电机以其控制方式简单、定位精准无累计误差、性价比高等优点被广泛应用于工业生产和自动化控制领域,传统步进电机常采用开环控制方式,运行效果很大程度上取决于电机自身设计结构,随着对被控设备响应稳定性以及运行精度要求的不断提高,以及设备复杂度的不断提升,实际工况下常需要对多个电机进行独立或联合的精确控制,随着新型微处理器运算处理能力的不断推高,多电机控制常采用堆叠控制芯片的方法增加了设备成本浪费了芯片性能,因此设计控制系统实现对多电机进行精确稳定分布式控制,具有实际的工程理论意义和实用价值,针对以上问题本文进行了如下研究:（1）设计双闭环矢量控制系统实现电机高精度需求,针对两相混合式步进电机,基于双H桥逆变器设计矢量脉宽调制方法,闭环速度外环采用模糊滑模控制器,模糊滑模控制（FSMC）适合对不确定条件下非线性步进电机系统进行控制,由系统状态模糊控制实时调节滑模关键控制参数,提升滑模控制速度和控制品质,滑模控制选用积分滑模面改善系统初始状态位置,为优化滑模趋近速度和削弱滑模过程抖振,设计增加等速项的指数趋近律并对传统切换函数进行饱和函数替换,模糊滑模控制器下被控系统有着良好的精确性、快速性和鲁棒性;（2）对于电机相对不稳定的启停段,直接启停电机可能出现失步越步过冲等问题,对电机启停段采用开环变速曲线控制,能够保证电机平滑启动、减小停止冲击提升运动稳定性和动态性能,对比不同类型变速曲线和实现方式,设计余弦S加减速曲线能够完成控制要求;（3）针对电机分布式控制实现,选用MCU+FPGA作为控制器结构,满足多电机控制的同时具有良好的拓展性,确定了上位机、MCU、FPGA到驱动电机的控制执行链,以CAN+FSMC总线的通信方式组合控制链,根据传输协议对通信数据定义确定控制规则,基于Labview搭建上位机界面实现分布式控制。（4）为保证设计控制系统的可行性和实用性,搭建基于模糊滑模的双闭环矢量控制模型进行仿真对比测试,仿真结果验证了控制模型在动稳态性能方面的优越性,设计硬件电路搭建硬件实验平台完成不同工况下的实践测试,实验结果证明了分布式控制策略的高效性,控制系统具有良好的抗扰动和自恢复能力,步进电机实际运动效果满足稳定性和高精度要求,整体达到了设计预期效果。
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