【正文】 為此，在本 文 中 選取由美國 TI 公司生產(chǎn)的 TMS320F2812 數(shù)字信號(hào)處理器 [2225]作為無刷直流電機(jī)的控制器 。 蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 15 3 基于 DSP 的 直流 電機(jī)系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu) 無刷直流電機(jī)是伺服控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，是其至關(guān)重要的一部分，它集 有刷直流電動(dòng)機(jī) 和交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)便利、具有 較好的啟動(dòng)性能和轉(zhuǎn)速控制性能 等諸多優(yōu)點(diǎn) 。而作為 專用 數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 相對(duì)于單 片機(jī)而言，由于結(jié)構(gòu)上的本質(zhì)區(qū)別，使得 DSP 在控制速度和控制效率方面 達(dá)到了一個(gè)理想 的 高度。 這 需要扎實(shí)的編程基礎(chǔ) ， 同時(shí)還 要 非常熟悉無刷直流電機(jī)的控制過程 ， 必要時(shí) 編程者還得參與硬件電路的設(shè)計(jì) 。 主要控制 模塊的比較選擇 目前，通常 采用微處理器作為 無刷直流伺服電機(jī)控制 核心 ，它的結(jié)構(gòu)及性能對(duì) 系統(tǒng)控制 精度 起著 決定性的 作用 。 (3) 基于模糊控制和 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制算法 在這個(gè)控制算法中， 對(duì)伺服電機(jī)電流調(diào)節(jié)特性的改善以及減小力矩波動(dòng) 是設(shè)計(jì)伺服控制系統(tǒng)所關(guān)注的重要問題之一 。其中，變結(jié)構(gòu)控制 以其響應(yīng)速度快、對(duì)控制對(duì)象參數(shù)變化不敏感、抗干擾能力強(qiáng)、物理實(shí)現(xiàn)簡單等 諸多 優(yōu)點(diǎn)，被 越來越多的設(shè)計(jì)人員 推崇。 控制算法的 確定 (1) 無位置 傳感器 的 控制 算法 在 伺服電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的過程中 ，需要對(duì)轉(zhuǎn)子 位置的檢測和換相技術(shù) 進(jìn)行周密 的思考 與論證 ， 這也是能否得到優(yōu)良控制系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。給定轉(zhuǎn)速 就是預(yù)先 輸入 的 n，結(jié)合測速傳感器 反饋的實(shí)際轉(zhuǎn) 速 nf，兩者 進(jìn)行邏輯運(yùn)算 后得到轉(zhuǎn)速誤差信號(hào) ne，轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器的處理就輸出PWM 值 ,然后把 PWM 信號(hào)經(jīng)過 驅(qū)動(dòng)器 放大 后就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)起來，這樣 就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的單閉環(huán) 控制。 當(dāng)速度需要發(fā)生改變時(shí) ，系統(tǒng)只需 通過 改變 PWM 的占空 比，進(jìn)而 改變電機(jī)電樞 上 電壓的大小， 最終實(shí)現(xiàn)對(duì) 電機(jī)轉(zhuǎn)速 的 控制。 我們假定 aL = bL = cL ， aR = bR = cR ， abL = acL = baL = bcL = caL = cbL ， 并由 aR + bR + cR =0可得 ??????????????????????????????????????????????????????????????????cbacbacbassscba000000000000eeeiiiPMLMLMLiiiRRRUUU （ ） (2) 轉(zhuǎn)矩 方程 wieieieT /)( ccbbaae ??? （ ） )(e dtdwJBwTT L ??? （ ） 其中， w 為角速度， B 為阻尼系數(shù)， J 為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， LT 為負(fù)載的轉(zhuǎn)矩 ，eT 為等效轉(zhuǎn)矩 。無刷直流電動(dòng)機(jī) 本身具有自動(dòng)換向的性質(zhì)，不需要換向器 ， 因此成為 自控式同步電動(dòng)機(jī) [16][19]。 利用 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 技術(shù)獲得 120176。 無刷直流電動(dòng)機(jī)繞組的接法 形 接法 與 三相異步電動(dòng)機(jī) 相似，都采用星型連接。 這樣的結(jié)構(gòu) 和 傳統(tǒng) 的直流電機(jī)相比，在設(shè)計(jì)思想上是辯證對(duì)立的 。而由定子產(chǎn)生的磁場是固定的，要想達(dá)到驅(qū)動(dòng)電 機(jī)旋轉(zhuǎn) 目的 ， 就必須使電樞中的電流的方向發(fā)生改變，而這一實(shí)現(xiàn)過程一般是通過在電機(jī)中安裝 換向器和電刷 來實(shí)現(xiàn)的 。 當(dāng) 定子繞組 中通過 三相交流電 時(shí) ，就會(huì)有等頻率的 旋轉(zhuǎn) 磁場產(chǎn)生。B? 、 C39。 定子則是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于電機(jī)殼體固定不動(dòng)的部分，其上安裝有電樞，該結(jié)構(gòu)與永磁有刷電機(jī)完全相反。 AB ’BA ’C ’CV1V2V3位置傳感器電動(dòng)機(jī)電子開關(guān)線路 圖 無刷 直流電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 永 磁 無刷直流電機(jī)的電動(dòng)機(jī)本體 從外觀上看與普通電機(jī)相似， 定子和轉(zhuǎn)子 也是最基本的 兩大部件。從示意圖上看，它是 由電動(dòng)機(jī)本體(定子和轉(zhuǎn) 子 )、 位置傳感器 和電子 開關(guān)線路 三大 部分 組成 的 。 (4) 介紹幾種常用的電機(jī)控制方法 ， 根據(jù)工程需要確定了最優(yōu)的控制方案。 首先 ，我們 分析了電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，建立起了 永磁無刷直流電機(jī) 的數(shù)學(xué)模型，分析 并 確定了無刷直流電機(jī)的控制方案；以 TMS320F2812 數(shù)字信號(hào)處理器 及其最小系統(tǒng) 為 控 制 核 心 ， 設(shè) 計(jì) 了 無 刷 直 流 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 硬 件 和 軟 件 ； 使用MATLAB/SIMULINK，建立了 系統(tǒng)模型 并完成了若干種控制算法的對(duì)比與 仿 真 工作。 近年來， 鎖相環(huán)控制 方法 的 優(yōu)化 工作 也是研究的熱點(diǎn) 之一。一般 情 況下 ， 采用 傳統(tǒng)的 PID 控制方法 提高轉(zhuǎn)速和位置控制的精度都 能夠滿足控制 的 要求 ； 而對(duì)于 那些 要求精度 較高 和動(dòng) 態(tài)性能較好的場合則 需要 考慮 采用 現(xiàn)代控制方法 來實(shí)現(xiàn) 。根據(jù)研究結(jié)果并 結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 針對(duì) 不同脈動(dòng) 產(chǎn)生 的 原因， 研究人員 提出了抑制或 削弱轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的 策略 [6]， 從而 為一定程度上 提高 永磁無刷直流電機(jī) 控制性能帶來了可能 。 由于 電機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的 機(jī)電 系統(tǒng)，導(dǎo)致其 具有許 多 不穩(wěn)定因素 。 雖然， 無刷直流電機(jī)控制的 技術(shù)經(jīng)過了多年的 發(fā)展 ，其控制技術(shù)與控制方法也已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，但隨著人們需求的多樣性與高 精度、高可靠性 的依賴性，使得無刷直流電機(jī)的發(fā)展受到嚴(yán)峻 的 考驗(yàn) 。為了研究方便， 我們把 永磁無刷直流電機(jī) 看 作 線性系統(tǒng)來研究，是在一定理想條件下對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的近似描述 。無刷直流電機(jī) 已經(jīng)從單指 電子換相直流電機(jī)， 拓展到 指具有刷直流電機(jī)外部特性的電子換相電 機(jī)。這主要是 由于 仿真研究的 對(duì)象 是控制系統(tǒng)虛擬的數(shù)學(xué)模型， 而 模型與實(shí)際的 物理 系統(tǒng) 所需要的費(fèi)用是截然不同的 。 仿真過程中只要把需要驗(yàn)證的 控制系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型放在 MATLAB 仿真 器進(jìn)行研究就 可以 ，而 不必 考慮其他復(fù)雜的因素， 因此 與實(shí)際物理系 統(tǒng)相比 要 簡單 的 多。采用計(jì) 算機(jī)仿真的這種 方法 的優(yōu)勢在于它可用虛擬的儀器來代替儀器設(shè)備 。 低成本 、 高頻化、高智能、 微 型化、大容量 是這個(gè)時(shí)期電子產(chǎn)品的顯著特點(diǎn) ； 在這個(gè)時(shí)期， 永磁材料（釹鐵硼）的性能 也 得到 了 很 大 程度的優(yōu)化 [2]， 在這個(gè)背景下， BLDCM 的應(yīng)用和發(fā)展 也 朝 著大功率和微型化的方向 邁進(jìn) 。 但 那時(shí)， 受到 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩問題 的 制約 ，使得無刷電機(jī)無法 產(chǎn)品化 。 1917 年， Boligen 等人嘗試用整流管 代替普通電機(jī)的電刷，這樣做的目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的無刷控制?？刂齐娐吩陔姍C(jī)控制系統(tǒng)中扮 演著指揮官的角色，本文設(shè)計(jì)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)采用電子開關(guān)電路作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路 ，控制系統(tǒng) 把傳感器反饋的 信號(hào) 與指令信號(hào)進(jìn)行 邏輯綜合 ，把處理后的指令發(fā)給驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而激勵(lì) 電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來。這些 不利因素極大 地 制約了 通 用 型直流電機(jī) 在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中的推廣與 應(yīng)用。s accuracy and timeliness， get better control effect， expand the range of applications. And plete the entire control system hardware and software design. Elaborate on TMS320F2812 minimum system and its peripheral circuit design. Select CCS (Code Composer Studio ) as software debugging platform. Use modular programming to control brushless DC motor. Design and instruct the main program of the system， subroutines and control algorithm respectively. Describe the process of fuzzy inference of fuzzy control algorithm in detail in the brushless DC motor control system simulation technology， fuzzy PID controller design procedure and the use of objects. Brushless DC machines have the characteristics of multiple variables ， timevarying， nonlinear， strong coupling. Propose two kinds of scheme to improve the performance of brushless DC motor control. One is based on fuzzy adaptive PID control， and the other is based on particle swarm optimization (PSO) of the adaptive fuzzy PID control. Elaborate on swarm intelligence optimization algorithm， the algorithm is simple and easy to implement， in the realization of plex solution space to find the optimal solution benefits. Expound the principles of using PSO algorithm to optimize the fuzzy controller 基于 DSP 無刷 直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 IV design. The control system can automatically adjust the fuzzy controller online quantization factor eK 、 ecK and scale Factor uK . Then adjust the three parameters( pK 、 iK 、 dK ) of PID to achieve better system quickly and dynamic performance without overshoot. Build brushless DC motor function modules by module in MATLAB/SIMULINK environment. There are mainly brushless DC motor module, PWM wave adjustment module， writing S function of PSO algorithm， fuzzy PID control module and other ponents. Link functional modules to build a brushless DC motor system simulation model. Simulation results prove the effectiveness of the PSObased parameter selftuning fuzzy PID control， and verify the method is better than traditional PID control and adaptive fuzzy PID the former control algorithm. Also the new method has advantages， such as faster response， smaller overshoot，stability and strong tracking performance. This will not only verify the reasonableness of the theory of the control algorithm， also can shorten the development cycle and save cost. Provide a good development methodology for the development of brushless DC motor control algorithms. Key Words： Brushless DC motor, Fuzzy PID controller, SP control system design, PSO algorithm