基于虛擬儀器的同步伺服系統(tǒng)PID模糊控制器設(shè)計(jì)
2.2.3同步算法實(shí)現(xiàn)
( 1)速度電壓關(guān)系分段線性化
本同步伺服系統(tǒng)甲、乙兩臺(tái)電機(jī)均為無(wú)刷直流電機(jī),設(shè)計(jì)參數(shù)基本一致,電機(jī)供電電壓為直流15伏,采用PWM調(diào)速方式。在正常供電情況下,PWM端輸入電壓信號(hào)大于1.4伏,電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),隨著調(diào)速電壓信號(hào)的加大,電機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)始加快,但是很明顯轉(zhuǎn)速和調(diào)速電壓之間不是線性關(guān)系。為此首先測(cè)定轉(zhuǎn)速和調(diào)速電壓之間的關(guān)系,然后將其分段線性化,使電機(jī)轉(zhuǎn)速在較窄的范圍內(nèi)和調(diào)速電壓建立近似線性關(guān)系,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于甲、乙兩組電機(jī)分別算出在轉(zhuǎn)速(r/s)不同的情況,調(diào)速電壓(V)與轉(zhuǎn)速之間的近似線性關(guān)系如下:
利用這組近似關(guān)系,可以確定在固定轉(zhuǎn)速情況下甲、乙兩臺(tái)電機(jī)的電壓設(shè)定值,然后利用數(shù)據(jù)采集卡PCI6221的計(jì)數(shù)器,通過(guò)LabVIEW編程采集光電編碼器脈沖個(gè)數(shù)(電機(jī)每轉(zhuǎn)產(chǎn)生1024個(gè)方波脈沖),可以算出此時(shí)電機(jī)的確切轉(zhuǎn)速,將此轉(zhuǎn)速通過(guò)上述近似關(guān)系式可以求得對(duì)應(yīng)的實(shí)際調(diào)速電壓值,最后將設(shè)定電壓值與實(shí)際電壓值之差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速在不同的階段所對(duì)應(yīng)的比例增益系數(shù)、積分增益系數(shù)不相同,在同一個(gè)轉(zhuǎn)速階段的上升階段與平穩(wěn)階段所對(duì)應(yīng)的比例增益系數(shù)、積分增益系數(shù)也不相同。為了達(dá)到理想的控制效果,首先利用電機(jī)模型及仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以初步確定比例增益系數(shù)、積分增益系數(shù);其次通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比例增益系數(shù)、積分增益不斷進(jìn)行調(diào)整以確定不同階段的相對(duì)應(yīng)的最為合適的比例增益系數(shù)、積分增益系數(shù);最后利用模糊集合理論,建立一個(gè)模糊規(guī)則庫(kù),實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自整定。
(2)建立模糊PID控制器
在 LabVIEW前面板或控制面板的tools菜單下面打開(kāi) fuzzy logic controller design子選項(xiàng)就可以方便的設(shè)計(jì)和修改模糊控制器的隸屬函數(shù)、規(guī)則庫(kù)、推理規(guī)則等。設(shè)計(jì)的結(jié)果保存在一個(gè)以.fc結(jié)尾的文件中,以備在應(yīng)用程序中調(diào)用。Control下面的 Fuzzy controller子程序用于在程序中實(shí)現(xiàn)模糊控制算法。Control下面的Load fuzzy controller將.fc結(jié)尾的文件調(diào)入應(yīng)用程序并將指定文件的PID參數(shù)加載到應(yīng)用程序的模糊控制器中。三者緊密相連環(huán)環(huán)相扣,能方便直觀的完成模糊控制器的設(shè)計(jì)、編輯、加載。
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