【正文】 的重視，這種芯片主要用在通訊、圖像處理等領(lǐng)域，而在電機控制中的應(yīng)用較少，后來由于數(shù)字信號處理器芯片的性價比不斷提高，而且其強大的數(shù)字信號處理能力越來越受到用戶的歡迎，DSP的應(yīng)用得到了較快的發(fā)展。盡管最初把DSP技術(shù)應(yīng)用于電機控制的目的是其快速的數(shù)據(jù)處理能力能夠?qū)﹄姍C進行矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，使復(fù)雜的算法得以實現(xiàn)，但以前的DSP芯片沒有集成數(shù)模轉(zhuǎn)換和脈寬調(diào)制等外圍電路，芯片只是作為在算法上比MCU占優(yōu)勢的通用處理器來使用，大大增加了系統(tǒng)的體積和產(chǎn)品的成本，增加系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，延長開發(fā)周期，降低系統(tǒng)工作的可靠性。(2)典型的DSP芯片在無刷電機控制中的應(yīng)用TI系列DSP芯片TI公司于1998年推出的TMS320F240是電機控制領(lǐng)域一個劃時代的進步。芯片的執(zhí)行速度很快，在20 MHz的時鐘頻率下，指令周期僅為50 ns，且多數(shù)指令都能在一個指令周期內(nèi)完成，片內(nèi)具有Flash ROM。內(nèi)部有16通道兩路轉(zhuǎn)換精度為10位的AD變換器， μs。在電機調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成電流閉環(huán)時，反饋電流信號可以經(jīng)AD輸入CPU處理。另外，TMS320F240還提供28個I/O口，用于控制系統(tǒng)所需的各種開關(guān)量。芯片內(nèi)集成的事件管理器（EV）具有控制三個半高橋的能力，當(dāng)各個橋需要互補的PWM去控制時，EV可以提供這種功能，極大地方便了電機控制系統(tǒng)的設(shè)計。它是專門用于電機控制的模塊。AD系列DSP芯片AD公司推出基于16位26MIPS定點DSP核ADSP2171的ADMC300、3331電機控制芯片，把數(shù)字信號處理器和外圍電路結(jié)合在一起，集成了16位三相PWM發(fā)生器、存儲器，串行通訊口，定時器等外圍器件，還具有7路模擬量的輸入通道，用戶不必在外圍再設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而降低成本，提高系統(tǒng)工作的可靠性。采用ADSP2100系列的代碼兼容語言，使程序的移植非常方便，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，工作量大大減少。AD公司開發(fā)的電機控制DSP芯片ADMC401具有一套完備的外圍控制接口和豐富的電機控制外設(shè)電路，增強了DSP的快速運算能力，可以在高度集成的環(huán)境中對電機進行控制。它的基本控制外設(shè)電路是帶有8路模擬量輸入的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、光電編碼器接口單元和靈活、簡便的脈沖寬度調(diào)制單元，可以輸出6路PWM信號，以控制逆變器功率開關(guān)的動作，借助于快速、高精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和控制器來監(jiān)視和調(diào)控電機的運行。ADMC401芯片可廣泛應(yīng)用于控制交流電機、直流電機及開關(guān)磁阻電機等。Motorola系列DSP芯片Motorola公司研制的DSP56F8xx系列集成了Motorola 16位定點DSP微控制器內(nèi)核DSP56800。芯片內(nèi)核最高可工作于80 MHz，指令執(zhí)行速度可達(dá)40MIPS，單指令周期可以完成1616位的并行乘、加運算，支持16位雙向循環(huán)移位。芯片內(nèi)集成相位檢測器和PWM模塊，提供硬件循環(huán)操作，具有JTAG程序調(diào)試接口，允許在系統(tǒng)設(shè)計過程中隨時進行實時調(diào)試，非常適用于電機的實時控制。DSP56F8xx系列芯片可以實現(xiàn)復(fù)雜的算法并降低產(chǎn)品成本，提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，可用于控制交流感應(yīng)電機、有刷直流及無刷電機、有傳感器及無傳感器電機、可變磁阻電機及步進電機等。 控制理論的發(fā)展1）基于穩(wěn)態(tài)模型的標(biāo)量控制交流電動機最初的運行方式是不受控運行。其控制功能僅限于接通和關(guān)斷以及某些情況下的輔助起動、制動和反轉(zhuǎn)。為了滿足一些調(diào)速傳動的需要，產(chǎn)生了一些性能較差的控制：如鼠籠異步電動機降壓調(diào)速、繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、繞線式異步電動機串極調(diào)速、鼠籠異步電動機變壓變頻調(diào)速（VVVF）、變極調(diào)速和同步電機變壓變頻調(diào)速。在以上調(diào)速方法中，除變壓變頻調(diào)速外，一般為開環(huán)控制，不需變頻器，設(shè)備簡單，但效率低，性能差。鼠籠異步電動機基于恒壓頻比控制而構(gòu)成的轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制，性能相對較好，但由于它們都是基于穩(wěn)態(tài)模型，動態(tài)性能較差，一般只用于水泵、風(fēng)機等動態(tài)性能要求較低的節(jié)能調(diào)速和一般調(diào)速場合。2）矢量控制1971年由德國學(xué)者Blaschke提出的矢量控制理論使交流電機控制由外部宏觀穩(wěn)態(tài)控制深入到電機內(nèi)部電磁過程的瞬態(tài)控制。永磁同步電機的控制性能由此發(fā)生了質(zhì)的飛躍。矢量控制最本質(zhì)的特征是通過坐標(biāo)變換將交流電機內(nèi)部復(fù)雜耦合的非線性變量變換為相對坐標(biāo)系為靜止的直流變量（如電流，磁鏈，電壓等），從中找到約束條件，獲得某一目標(biāo)的最佳控制策略。3）直接轉(zhuǎn)矩控制1985年，Depenbrock教授提出異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法。該方法在定子坐標(biāo)系下分析交流電機的數(shù)學(xué)模型，在近似圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件下強調(diào)對電機的轉(zhuǎn)矩進行直接控制，省掉了矢量坐標(biāo)變換等復(fù)雜的計算。其磁場定向應(yīng)用的是定子磁鏈，只需知道定子電阻就可以把它觀測出來，相對矢量控制更不易受電機參數(shù)變化的影響。近年來，直接轉(zhuǎn)矩控制方式被移植到永磁同步電機的控制中，其控制規(guī)律和關(guān)鍵技術(shù)正逐漸被人們了解、掌握。直接轉(zhuǎn)矩控制在全數(shù)字化、大轉(zhuǎn)矩、快速響應(yīng)的交流伺服系統(tǒng)中有廣闊應(yīng)用前景。4）非線性控制交流電機是一個強耦合、非線性、多變量系統(tǒng)：非線性控制通過非線性狀態(tài)反饋和非線性變換，實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)解耦和全局線性化，將非線性、多變量、強耦合的交流電動機系統(tǒng)分解為兩個獨立的線性單變量系統(tǒng)。其中轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)由兩個慣性環(huán)節(jié)組成。兩個子系統(tǒng)的調(diào)節(jié)按線性控制理論分別設(shè)計，以使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。但是，非線性系統(tǒng)反饋線性化的基礎(chǔ)是已知參數(shù)的電動機模型和系統(tǒng)的精確測量或觀測，而電機在運行中，參數(shù)受各個因素的影響會發(fā)生變化，磁鏈觀測的準(zhǔn)確性也很難論證，這些都會影響系統(tǒng)的魯棒性，甚至造成系統(tǒng)性能惡化。目前這種控制方法仍有待進一步完善。5）自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制能在系統(tǒng)運行過程中不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐漸完善，是克服參數(shù)變化影響的有力手段。應(yīng)用于永磁交流電機控制的自適應(yīng)方法有模型參考自適應(yīng)、參數(shù)辨識自校正控制以及新發(fā)展的各種非線性自適應(yīng)控制。但所有這些方法都存在的問題是：①數(shù)學(xué)模型和運算繁瑣，使控制系統(tǒng)復(fù)雜化；②辨識和校正都需要一個過程，所以對一些參數(shù)變化較快的系統(tǒng)，就會因來不及校正而難以產(chǎn)生很好的效果。6）滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)控制的一種控制策略，它與常規(guī)控制的根本區(qū)別在于控制的不連續(xù)性，即一種使系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)”隨時變化的開關(guān)特性。其主要特點是，根據(jù)被調(diào)量的偏差及其導(dǎo)數(shù)，有目地的使系統(tǒng)沿設(shè)計好的“滑動模態(tài)”軌跡運動。這種滑動模態(tài)是可以設(shè)計的，且與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動無關(guān)，因而使系統(tǒng)具有很強的魯棒性。另外，滑模變結(jié)構(gòu)控制不需要任何在線辨識，所以很容易實現(xiàn)。在過去10多年里，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于交流傳動一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點，并已取得了一些有效的結(jié)果。但滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上的不連續(xù)開關(guān)特性使系統(tǒng)存在“抖振”問題。主要原因是：①對于實際的滑模變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其控制力總是受到限制的，從而使系統(tǒng)的加速度有限；②系統(tǒng)的慣性、切換開關(guān)的時間空間滯后及狀態(tài)檢測的誤差，特別對于計算機的采樣系統(tǒng)，當(dāng)采樣時間較長時，形成“準(zhǔn)滑?！钡?。所以，在實際系統(tǒng)中“抖振”必定存在且無法消除，這就限制了它的應(yīng)用。7）智能控制（1）專家系統(tǒng)智能控制專家控制(Expert control)是智能控制的一個重要分支。專家控制的實質(zhì)是基于控制對象和控制規(guī)律各種知識，并以智能方式利用這些知識使控制系統(tǒng)盡可能優(yōu)化。　　專家控制的基本思想是：自動控制理論+專家系統(tǒng)技術(shù)。自動控制系統(tǒng)中存在大量的啟發(fā)式邏輯，這是因為工業(yè)控制對象及其環(huán)境的變化呈現(xiàn)出多樣性、非線性和不確定性，這些啟發(fā)式邏輯實際上是實現(xiàn)最優(yōu)控制目標(biāo)的各種經(jīng)驗知識，難以用一般的數(shù)值形式描述，而適于用符號形式來表達(dá)，人工智能中的專家系統(tǒng)技術(shù)恰恰為這類經(jīng)驗知識提供了有效的表示和處理方法。　　知識庫和推理機為專家系統(tǒng)的兩大要素，知識庫存儲某一專門領(lǐng)域的專家知識、條目，推理機制按照專家水平的問題求解方法調(diào)用知識庫中的知識條目進行推理、判斷和決策。專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)自動控制理論的結(jié)合，形成了專家控制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)以模仿人類智能為基礎(chǔ)，彌補了以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的不足。（2）模糊邏輯智能控制模糊邏輯控制實質(zhì)上是利用計算機模擬人的模糊邏輯思維功能實現(xiàn)的一種數(shù)字反饋控制。人的思維具有模糊邏輯的特點，因此用計算機模擬人的模糊思維，即模糊概念、模糊判斷和模糊推理，就是模糊控制的思維科學(xué)基礎(chǔ)，再和反饋控制理論相結(jié)合就可以實現(xiàn)模糊控制。傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)設(shè)計中需要給出被控對象的精確模型。模型的不精確性及不確定性都會影響PID控制性能。相反，模糊控制不需要知道被控對象的精確模型，它是基于控制系統(tǒng)輸入/輸出數(shù)據(jù)因果關(guān)系的模糊推理控制。模糊控制不是基于被控對象精確模型的控制方式，因此具有較強的魯棒性，其穩(wěn)態(tài)精度可以通過引進智能積分等方法達(dá)到所要求的精度。此外，還可以將模糊邏輯推理和PID控制相結(jié)合，對PID控制參數(shù)進行自適應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)無靜態(tài)跟蹤伺服控制。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用計算機模擬人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)的聯(lián)接機制而設(shè)計的一種信息處理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中最基本單元是神經(jīng)細(xì)胞，簡稱神經(jīng)元。它是一種多輸入單輸出的信息處理單元，包括輸入處理、活化處理和輸出處理三個部分。從控制的觀點，神經(jīng)元模型由加權(quán)加法器、單輸入單輸出線性動態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)非線性函數(shù)所組成。它們模擬神經(jīng)細(xì)胞綜合處理信息的突變性和飽和性的非線性特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量神經(jīng)元構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，能夠根據(jù)某種學(xué)習(xí)規(guī)則，通過調(diào)整神經(jīng)元之間的聯(lián)接強度（權(quán)重）來不斷改進網(wǎng)絡(luò)的逼近性能，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非常強的非線性映射能力。正因為如此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在智能控制、模式識別、故障診斷、系統(tǒng)辯識等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。（4）除了上述的專家系統(tǒng)、模糊伺服控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)伺服控制策略外，還有遺傳算法等控制。5 結(jié) 語永磁無刷電動機系統(tǒng)在運動控制系統(tǒng)中的作用越來越突出，是目前國內(nèi)外最活躍和最具發(fā)展前途的控制系統(tǒng)。文中首先介紹了系統(tǒng)的組成，對電機技術(shù)、設(shè)計和工藝以及傳感技術(shù)和控制技術(shù)做了較為詳細(xì)的論述，并提出發(fā)展動向；對于研究人員和管理人員有一定意義。參考文獻［1］ 王宗鮮，韓光鮮，［J］.微電機，2002，35（6）：36.［2］［J］.微電機，1994，27（3）：37.［3］ ［J］.微電機，2005，38（6）：7477.［4］ 孫建忠，［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.［5］ 正田英介（日）.電機電器［M］.北京：科學(xué)出版社，2001.［6］ 祝恩國，楊公訓(xùn)，［J］.微電機，2006,39（1）：5557.［7］ ［J］.微電機，2007，40（3）：14.［8］ ［C］.企業(yè)產(chǎn)品國際化戰(zhàn)略與微電機技術(shù)發(fā)展論壇，寧波，西安微電機研究所，寧波，2006，12：1619.【9】［C］.微電機工業(yè)“十一五”發(fā)展論壇，西安微電機研究所，西安，2005，7：13－20。 作者簡介：莫會成（1962），男，研究員級高工，教授，享受國務(wù)院特殊津貼專家，從事永磁交流伺服電動機技術(shù)研究及技術(shù)管理。28 / 2