基于DSP的直流無刷電機的控制.pdf

1、近二十多年來，電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制理論以及新材料技術(shù)都得到了迅速的發(fā)展，所有這些都推動著電機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，無刷直流電動機既具有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠維護方便等一系列優(yōu)點，又兼有直流電動機的運行效率高，無勵磁損耗及調(diào)速性能好的特點。由于采用高性能永磁材料，因此電機本體設(shè)計可做到功率密度高，效率高，出力大。同時隨著數(shù)字信號處理技術(shù)及其硬件芯片包括微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展，并且越來越多地用于電動車輛和工業(yè)控制系統(tǒng)中，許多

2、復(fù)雜而有效的控制策略和算法在各種電機控制中得到實現(xiàn)。 近代許多無刷直流電機在應(yīng)用時往往需要精確的速度控制，尤其在高速運行場合對信號反饋控制靈敏度的要求更為嚴格，傳統(tǒng)的微處理器如51 96 系列在實現(xiàn)對電動機的控制時，由于本身指令功能不強，乘除法所用周期過多外圍電路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度慢，無法在規(guī)定時間內(nèi)完成復(fù)雜的控制算法，無刷電機的性能要得到充分發(fā)揮還必須要在硬件上采取措施。 美國德州儀器TI 公司專門為電機的數(shù)字化控制設(shè)計了1

3、6 位定點DSP 控制器TMS320F24xx DSP ，其信號具有高速處理能力，且集適用于電機控制的優(yōu)化的外圍電路于一體，可以為高性能傳動控制提供可靠而高效的信號處理與控制硬件。本論文研究的無刷直流電機控制系統(tǒng)即為滿足這一需要而設(shè)計的。 PID控制器因為結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn),并且具有較強的魯棒性,因而被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程控制中.作為一種廣泛的控制規(guī)律,PID控制在相當(dāng)長的一段時間內(nèi),并沒有因為各種先進控制算法的出現(xiàn)而遭到淘汰

4、,相反,經(jīng)過時間的考驗，PID控制仍然在各種控制技術(shù)中占著主導(dǎo)地位。但是PID參數(shù)的人工調(diào)整不僅需要熟練的技巧，也十分費時。同時，即使PID參數(shù)變化后，系統(tǒng)的性能必然也會受到影響。因此，PID參數(shù)的在線自動化調(diào)整就非常重要，此時就需要引入智能PID控制。模糊控制器算法對大多數(shù)過程都具有較好的控制結(jié)果和適應(yīng)性，被控制過程廣泛采用。模糊PID控制器對輸出響應(yīng)進行在線監(jiān)控，求出作為控制性能的指標(biāo)，并用專家調(diào)整知識建立調(diào)整規(guī)則if-then模型

5、，利用模糊邏輯推理，實時調(diào)整PID參數(shù)，使PID控制器適應(yīng)被對象的變化，并獲得良好的控制性能。模糊PID控制器和傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器相比，具有更快的響應(yīng)和更小的超調(diào)，而且對過程參數(shù)的變化不敏感（即具有很強的魯棒性)，能夠克服非線性因素的影響。 本文根據(jù)實際控制系統(tǒng)的要求首先對無刷直流電動機控制的基本原理以及DSP 芯片TMS320F240 作了簡單的介紹。其次分析軟件設(shè)計方案，著重闡述了基于DSP 的無刷直流電動機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的

6、基本方法。使用匯編語言和C語言相結(jié)合的編程方式，使電流環(huán)和速度環(huán)實現(xiàn)了全數(shù)字化。然后對電機的控制算法作了改進，在線自整定模糊PID算法的應(yīng)用，改善了系統(tǒng)控制性能。在前一步的基礎(chǔ)之上，修改速度環(huán)PID控制算法為在線自整定模糊PID算法，同樣采用匯編語言和C語言相結(jié)合的方式在DSP上實現(xiàn)了該算法。最后給出了整個控制系統(tǒng)的實驗結(jié)果。 根據(jù)本論文所述的設(shè)計方案設(shè)計的無刷直流電機控制系統(tǒng)可以獲得良好的速度控制性能，而且DSP 技術(shù)不僅使系