基于DSP的無刷直流電動(dòng)機(jī)的模糊控制系統(tǒng)研究

定子電流檢測是通過在逆變器的下橋臂上串接電阻進(jìn)行的。將定子電流以0．395 V／A的增益轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓量后，送入DSP的AD接口。此處只需檢測a、b兩相電流，c相電流可通過ia+ih+ic=O求得。這種電流檢測方法比較簡單，但要求軟件上必須保證在輸出PWM逆變器的命令時(shí)，同時(shí)檢測PWM逆變器下橋臂的電流，以保證電流檢測的正確性。
DSP主程序采用循環(huán)方式不斷調(diào)用數(shù)據(jù)記錄模塊、與主機(jī)串行通訊的監(jiān)視模塊等。在主程序執(zhí)行過程中，不斷有t1中斷發(fā)生，在中斷服務(wù)程序中處理電流讀取、換算，編碼器讀取、速度換算等。更重要的是要完成電流控制和速度控制環(huán)的計(jì)算。電流控制器和速度控制器采用的都是PI控制，無刷直流電機(jī)像直流電動(dòng)機(jī)一樣只需要一個(gè)電流調(diào)節(jié)器，而不像正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)那樣需要兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器。由軟件完成的電壓換相模塊實(shí)現(xiàn)對施加于逆變器的相電壓參考值的計(jì)算。實(shí)際上DSP控制器接受三相參考電壓，由6個(gè)全比較PWM輸出逆變器模塊所需要的方波脈沖。在一個(gè)給定位置，只有兩相導(dǎo)通，只需控制逆變器的四個(gè)晶體管。系統(tǒng)存在三個(gè)閉環(huán)路，實(shí)際控制時(shí)，外環(huán)位置和速度控制的周
期為1 ms，而內(nèi)環(huán)電流控制的周期為O．1 ms。這是因?yàn)閮?nèi)環(huán)的電流變化速度快，較短的控制周期可使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減小。

3 模糊控制方法
位置伺服系統(tǒng)要求快速準(zhǔn)確、無超調(diào)等，而常規(guī)的PID控制較難滿足上述控制要求。特別是系統(tǒng)中存在的一些非確定性因素如模型的時(shí)變和對象的非線性，這使得控制器應(yīng)具有較強(qiáng)的魯棒性。而模糊方法不依賴對象模型，具有較好的適應(yīng)性，可以使用較為復(fù)雜、智能的控制方法。因此這里將模糊邏輯用于位置控制器，而速度和電流控制器仍采用PID控制。此處將位置誤差e和誤差的變化量ec作為位置控制器的輸入，輸出是速度指令值。按照模糊控制理論將輸入和輸出分別劃分為7個(gè)模糊子集即nl(負(fù)大)、nm(負(fù)中)、ns(負(fù)小)、ze(零)、ps(正小)、pm(正中)、pl(正大)。為簡單起見，輸入的隸屬度函數(shù)采用三角函數(shù)，而輸出的隸屬度為單值函數(shù)。
模糊推理時(shí)，先根據(jù)隸屬函數(shù)形式對輸入變量模糊化，然后以規(guī)則前件的模糊交運(yùn)算求各規(guī)則的適應(yīng)強(qiáng)度，再根據(jù)規(guī)則后件得輸出量的各子集的模糊化值。由于輸出的隸屬函數(shù)為單值函數(shù)，故反模糊化就是求輸出量模糊子集的重心。這些復(fù)雜計(jì)算都用C語言在PC機(jī)上編寫，然后與匯編語言實(shí)現(xiàn)的電流控制、PWM輸出等模塊共同鏈接形成DSP可執(zhí)行文件。最后通過PC機(jī)串口下載到DSP板上。
根據(jù)以上原理和控制方法，進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置為永磁同步電機(jī)、功率模塊、DSP板組成。伺服電機(jī)帶500線的編碼器用于提供電機(jī)位置，本系統(tǒng)將其微分后得到速度信息。電機(jī)的基本參數(shù)為：相電阻5．25ω，相電感0．46 mh反電勢常數(shù)2．62 V／l 000 r?min-1，額定電壓19．1 V，額定電流1．16 A，轉(zhuǎn)子慣量9×10 kg?m2。
實(shí)際上，模糊控制中，模糊子集的劃分是比較困難的事情。因?yàn)樵谡麄€(gè)控制過程中，誤差和誤差的變化值都是有一定域的，稱為變量的論域。起始論域?yàn)?-5 000，5 000)，隨著誤差的減小，其可能取值范圍也越來越小。這時(shí)候若仍然使用原來的論域進(jìn)行推理，雖然也可以最終達(dá)到誤差趨于零，但一個(gè)較小的誤差在這種情況下，將過早地進(jìn)入收斂期，有可能帶來比較大的定位誤差。因此我們在實(shí)現(xiàn)模糊控制時(shí)，根據(jù)實(shí)際控制進(jìn)程不斷改變變量的論域。

4 結(jié)論
無刷直流電機(jī)的優(yōu)越性能使它得到了廣泛應(yīng)用，而使用DSP實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)控制則不僅比傳統(tǒng)的模擬電路成本低，而且結(jié)構(gòu)簡單，方便擴(kuò)展。DSP的快速運(yùn)算能力還可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制算法，可以將速度環(huán)和電流環(huán)都以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，形成全數(shù)字形式的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。本文利用DSP實(shí)現(xiàn)了無刷直流電機(jī)的模糊控制。通過實(shí)驗(yàn)說明模糊控制的位置控制器有比PID控制更好的定位精度和快速響應(yīng)能力，尤其是采用變化的論域的模糊算法可得到更優(yōu)的控制性能。