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直流電動(dòng)機具有良好的起制動(dòng)性能，能大范圍內平滑調速，因而在可控的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。然而傳統的直流調速系統所采用的是由分立元件構成的復雜PID模擬控制系統。常規PID控制雖然具有結構簡(jiǎn)單、穩定性好、易于工程實(shí)現等優(yōu)點(diǎn)，但該方法過(guò)分依賴(lài)控制對象的模型參數，魯棒性差。對于復雜系統如對機器人的控制，由于其負載模型參數的大范圍變化以及非線(xiàn)性因素的影響，常規PID控制難以達到滿(mǎn)意的效果。本文提出一種基于LM3S8962 ARM芯片的模糊控制系統，以替代傳統的PID模擬控制，提高直流調速系統的控制性能。 1 控制系統的控制方案 系統控制框圖如圖1所示，采用串級控制，分為轉速環(huán)(外環(huán))和電流環(huán)(內環(huán))。為了提高系統響應的快速性和限流的必要性，電流環(huán)仍采用傳統的PI調節器，而轉速則采用神經(jīng)元控制器，以提高其魯棒性。 2 單神經(jīng)元PSD自適應控制算法 單神經(jīng)元自適應PSD算法控制框圖見(jiàn)圖2。 圖2中狀態(tài)轉換器的輸人為設定值r(k)和過(guò)程輸出y(k)，轉換器的作用是獲得單神經(jīng)元的三個(gè)輸入量x1(k)，x2(k)，x3(k)，在這里： 其中：Wi(k)(i=1，2，3)為對應于神經(jīng)元輸入xi(k)的加權系數。 控制器總輸出為： z(k)為教師信號，在這里取z(k)=e(k)。這是因為控制效果主要與e(k)和△e(k)有關(guān)。為了保證學(xué)習算法的收斂性和控制的魯棒性，一般采用規范化學(xué)習算法以構成單神經(jīng)元PSD控制規律，所以單神經(jīng)元自適應PSD的控制算法如下： 3 控制系統的硬件設計 控制系統以L(fǎng)M3S8962為核心，LM3S8962是基于A(yíng)RM?CortexTM-M3的32位RISC控制器，具有內部存儲器、4個(gè)通用定時(shí)器、遵循ARM FiRM規范的看門(mén)狗定時(shí)器、控制器局域網(wǎng)(CAN)、10／100以太網(wǎng)控制器、同步串行接口(SSI)、2個(gè)完全可編程的UART、4個(gè)10位ADC、模擬比較器、I2C、6個(gè)PWM輸出、2個(gè)QEI模塊。 系統主電路采用晶閘管三相全控橋式電路，控制電路主要由LM3S8962芯片構成，一是完成速度脈沖的采樣、控制算法的實(shí)現和控制極脈沖的輸出等。二是完成起、�？刂�，鍵盤(pán)及顯示器接口等。系統硬件方框圖如圖3所示。 從LM3S8962芯片出來(lái)的PWM輸出信號，經(jīng)過(guò)光電隔離驅動(dòng)，送入晶閘管控制極，實(shí)現對全控橋的控制。 電流檢測回路采用霍爾電流傳感器CSNP661檢測直流電流Id，當檢測到電流值超過(guò)設定的限幅值時(shí)ARM立即進(jìn)行中斷處理，封鎖輸出給晶閘管的PWM信號，并發(fā)出聲光報警信號。 系統采用測速發(fā)電機測量電動(dòng)機轉速，把轉速信號轉換成電壓信號，經(jīng)分壓電阻送給ARM的ADC轉換輸入中斷。 4 控制系統軟件設計 軟件結構：本系統軟件采用功能模塊設計方法，軟件由系統、主程序、中斷服務(wù)子程序及其他相關(guān)的子程序組成。 主程序主要完成芯片的初始化、變量的初始化等。 中斷程序主要包括ADC轉換結束中斷等幾個(gè)部分。 在串行口中斷中，主要完成與主機信息的傳輸，根據制定的串行通信協(xié)議，按照主機的命令進(jìn)行各種動(dòng)作。 在A(yíng)DC中斷中，通過(guò)ADC轉換的數值經(jīng)過(guò)計算得到當前負載電流值，進(jìn)行電流環(huán)調節，每經(jīng)過(guò)一定次數電流環(huán)調節，就進(jìn)行一次速度環(huán)調節，以保證系統按照要求進(jìn)行控制。 5 仿真實(shí)驗 為檢驗本系統的控制性能，對直流電機(額定數據：380 V，37 A，200 r／min)進(jìn)行了空載起動(dòng)和突加負載的仿真實(shí)驗，得出電流和轉速的變化曲線(xiàn)如圖4和圖5所示。 6 結語(yǔ) 實(shí)驗結果表明，本系統結構簡(jiǎn)單，控制可靠，能保持快速響應及無(wú)靜差和較小超調等優(yōu)良性能，采用了高性能高精度的ARM芯片的模糊控制器，能達到很高的控制精度。同時(shí)，系統具有較強的擴展能力，可以通過(guò)串行口或者以太網(wǎng)與上位機通信。 |
