使用模糊邏輯設(shè)計基于 DSP 的電機控制

變速驅(qū)動（VSD）電機為大幅降低能源消耗和對外國燃料的依賴帶來了希望。一種方法是使用數(shù)字信號處理器 (DSP) 為無刷直流 (BLDC) 電機等電機創(chuàng)建新一代基于 VSD 的控制器。

變速驅(qū)動（VSD）電機為大幅降低能源消耗和對外國燃料的依賴帶來了希望。一種方法是使用數(shù)字信號處理器 (DSP) 為無刷直流 (BLDC) 電機等電機創(chuàng)建新一代基于 VSD 的控制器。
然而，這些電機也面臨著挑戰(zhàn)。使用傳統(tǒng)的比例、積分和微分 (PID) 控制器時，控制 BLDC 電機的電機速度非常復(fù)雜，因為它們依賴于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型并且計算量大。另一種方法是使用模糊邏輯 (FL) 算法來消除對復(fù)雜數(shù)學(xué)公式的需求并提供易于理解的解決方案。與 PID 控制器相比，F(xiàn)L 電機控制的開發(fā)周期也更短，因此上市時間也更快。本文討論使用 FL 算法通過 Texas INStruments c28xx 定點 DSP 系列控制 BLDC 電機的過程。
BLDC 控制模型開發(fā)
在構(gòu)造 FL 發(fā)動機之前，我們必須首先開發(fā)一個模型作為設(shè)計的基礎(chǔ)。FL 控制器使用啟發(fā)式知識并使用模型的語言描述來表達設(shè)計。我們不會從頭開始開發(fā)模型，而是使用 PID 控制器模型作為起點。一旦開發(fā)并實現(xiàn)，F(xiàn)L控制器就可以通過調(diào)整其參數(shù)來改進。
一般來說，開發(fā) FL BLDC 控制器有三個設(shè)計步驟：
1. 定義輸入、輸出和控制器的操作范圍。
2. 定義模糊隸屬度集函數(shù)和規(guī)則。
3. 調(diào)整發(fā)動機。

圖 1 顯示了 BLDC 控制器模型的框圖。

步是定義模型的相關(guān)輸入和輸出。輸入為誤差 (E)，即設(shè)定速度 (SS) 和當(dāng)前速度 (CS) 之間的當(dāng)前誤差。另一個輸入是誤差變化 (CE)，它是當(dāng)前誤差與之前計算的誤差 (PE) 之間的差值。輸出是電樞電壓（CV）的變化，即當(dāng)前電樞電壓（CAV）與先前電樞電壓（PAV）的存儲值之間的差值。得到的模型方程如下：
E = SS – CS
CE = E – PE
CV = CAV – PAV
電機速度單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) (RPM)，E 決定我們與目標速度的接近程度。因此，當(dāng)E > 0 時，電機速度低于設(shè)定速度?；蛘撸珽 < 0 表示電機旋轉(zhuǎn)速度快于設(shè)定速度。CE 確定控制器的調(diào)整方向。當(dāng)且僅當(dāng) (iff) 當(dāng)前速度小于設(shè)定速度時，CE 為正。或者，當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)前速度大于設(shè)定速度時，CE 為負。當(dāng)接近設(shè)定速度時，CE 在正值和負值之間交替。CV 是施加到電樞的激勵電壓。該電壓在實現(xiàn)中表示為脈寬調(diào)制 (PWM) 占空比。
下一步是定義模糊隸屬度集函數(shù)、變量和規(guī)則。為了工作，非模糊（清晰）的輸入和輸出必須轉(zhuǎn)換為模糊的。轉(zhuǎn)換是通過使用語言變量來表示輸入和輸出范圍來執(zhí)行的。這些也稱為模糊變量。模糊變量用于劃分隸屬函數(shù)的值區(qū)域。例如，使用五個變量來映射輸入和輸出。它們是負中（NM）、負小（NS）、零（Z）、正?。≒S）和正中（PM）。該模型的輸入和輸出是由五個模糊變量在操作范圍內(nèi)描述的隸屬集函數(shù)。
FL 控制器不使用數(shù)學(xué)公式，而是使用模糊規(guī)則來做出決策并生成輸出；多么酷??？FL 規(guī)則采用 IF-THEN 語句的形式。模糊規(guī)則決定系統(tǒng)行為，而不是復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程。例如，如果誤差 (E) 等于 NM，誤差變化 (CE) 等于 PS，則電樞電壓 (CV) 的變化等于 NS。使用的規(guī)則數(shù)量基于設(shè)計者的經(jīng)驗和系統(tǒng)的知識。因此，對于我們的系統(tǒng)，使用的規(guī)則數(shù)量為 25 個，這是基于使用 PID 控制面的基本 PID 控制器模型。
為了給電樞通電，CV 模糊輸出必須轉(zhuǎn)換回清晰輸出。這個過程稱為去模糊化。 使用一種流行的去模糊方法，稱為重心法；稍后我將更詳細地討論它。
設(shè)計的一步是調(diào)整會員功能和規(guī)則。此階段也稱為調(diào)優(yōu)。調(diào)整用于提高 FL 控制器的性能。一旦設(shè)計完成，控制器就可以實施了。