【正文】 可通過(guò)優(yōu)化模糊控制器的量化因子及比例因子，將其設(shè)計(jì)成權(quán)系數(shù)可調(diào)的模糊控制器。被控系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程中，利用采樣變量，實(shí)現(xiàn)、控制參數(shù)動(dòng)態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化，時(shí)刻讓系統(tǒng)保持響應(yīng)特性，[29]。下面就以模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群算法傳算法和模糊算法相結(jié)合為例進(jìn)行闡述。(3) 輸出量的反模糊化經(jīng)過(guò)模糊推理獲得模糊量，需要將、應(yīng)的模糊量轉(zhuǎn)化成清晰量，這個(gè)過(guò)程就稱(chēng)為去模糊化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷，調(diào)整控制量實(shí)現(xiàn)控制。(1) 輸入模塊的模糊化選擇適合的模糊化函數(shù)是提高控制系統(tǒng)性能的重要手段之一。傳感器系統(tǒng)性能優(yōu)劣關(guān)系著系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)變量及輸出變量精確性有著重要影響，相應(yīng)地選擇合適的傳感器也是提高整個(gè)系統(tǒng)控制性能常見(jiàn)方法[5][7]。輸入接口及輸出接口是模糊控制器信息傳遞的通道。從而降低系統(tǒng)控制對(duì)數(shù)學(xué)模型的依賴(lài)，這就是智能算法控制優(yōu)勢(shì)所在。可根據(jù)人類(lèi)自身從工作當(dāng)中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)以及專(zhuān)家學(xué)者研究，將實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為控制語(yǔ)句，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控系統(tǒng)模型的控制，這突破了系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)模型的依賴(lài)，成為至今人工智能控制的核心控制思想。在系統(tǒng)控制過(guò)程中，電流環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)速跟隨性起著決定作用，它主要是用于增強(qiáng)抗干擾性能及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制能力。本文軟件的設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了模塊化的編程思想，將系統(tǒng)軟件分為主程序模塊及子程序程序模塊，并對(duì)電機(jī)控制算法進(jìn)行闡述說(shuō)明，根據(jù)控制要求及編程思想設(shè)計(jì)算法應(yīng)用流程圖。 更新比較值或換相子程序流程圖 基于TMS320F2812 DSP控制電機(jī)算法的實(shí)現(xiàn)常規(guī)的PID控制器不具備在線(xiàn)調(diào)整控制參數(shù)功能。 AD采樣程序設(shè)計(jì)。程序初始化主要用于用戶(hù)進(jìn)行系統(tǒng)初始變量賦值及各種控制模塊中寄存器中變量處理化，為系統(tǒng)正常運(yùn)行做準(zhǔn)備。 CCS軟件開(kāi)發(fā)周期方框圖 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)要求，無(wú)刷直流電機(jī)主要經(jīng)過(guò)給定轉(zhuǎn)子定位什么意思，不通順。將上面的參數(shù)帶入上式得，本系統(tǒng)取自舉電容為鉭電容，選擇自舉二極管選FR107。 IR2130管腳圖 基于IR2130芯片驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。該芯片可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)6路開(kāi)關(guān)管，由于技術(shù)完善、功能強(qiáng)大，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種調(diào)速系統(tǒng)和逆變電路相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路中。由于SCI采用雙級(jí)緩沖模式，因此提高傳輸速率，發(fā)送及接受都設(shè)立使能和中斷位，根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的通信模的式[42]。在F2812中，可用的外部存儲(chǔ)空間為Zone0、ZoneZoneZone6，其中Zone0、Zone1共用一個(gè)片選信號(hào)線(xiàn)(44腳)，Zone2的片選信號(hào)是(88腳)，Zone6的片選信號(hào)是(133腳)，本文將Zone2分配給SRAM，在硬件設(shè)計(jì)上，將(88腳)連接到IS61LV12816的片選信號(hào)（）上，同時(shí)將DSP的讀使能信號(hào)線(xiàn)和寫(xiě)使能信號(hào)線(xiàn)分別接到IS61LV12816的讀、寫(xiě)使能引腳信號(hào)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)IS61LV12816的讀寫(xiě)控制。TMS320F2812中為用戶(hù)提供豐富外部存儲(chǔ)空間，可擴(kuò)展1M16b的存儲(chǔ)空間。4 復(fù)位電路原理圖(4) JTAG接口電路設(shè)計(jì)，利用DSP 芯片上掃描仿真引腳實(shí)現(xiàn)仿真功能。 TPS767D301電路原理圖(2) 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路保證時(shí)序邏輯電路正確運(yùn)行重要關(guān)鍵部分，必須為系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的時(shí)鐘源，從而保證TMS320F2812控制電路的正常工作。 DSP最小系統(tǒng)級(jí)外圍電路設(shè)計(jì)(1) 電源電路為了TMS320F2812芯片能夠正常有效的工作，對(duì)芯片的上電順序有嚴(yán)格的要求，故本文選用了專(zhuān)門(mén)的電源管理芯片TPS767D301。值得一提的是，F(xiàn)28x DSP核心支持SPI函數(shù)，該款芯片主要針對(duì)電機(jī)控制及應(yīng)用領(lǐng)域，以獨(dú)特的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、能實(shí)時(shí)完成復(fù)雜控制算法實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)在目前電機(jī)數(shù)字控制方面得到了廣泛應(yīng)用，且與目前所有的C2000DSP的程序代碼兼容。 基于DSP無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的主控制器為T(mén)MS320LF2812，根據(jù)電流采樣值來(lái)調(diào)整PWM波的占空比，從而改變相電流幅值大小，設(shè)有與上位機(jī)(SCI方式)的串口通信接口顯示模塊，來(lái)顯示電流或電壓當(dāng)前值以及運(yùn)行狀態(tài)值。也可通過(guò)控制模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)的參數(shù)調(diào)整，這樣保障良好工作效率。供電模塊的主要任務(wù)是為電機(jī)及控制芯片供電，需要根據(jù)供電要求選擇合適的降壓濾波及電源轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行對(duì)市電220V進(jìn)行預(yù)處理。4 無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì) 概述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)以運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)、簡(jiǎn)單高效及體積小等優(yōu)點(diǎn)，在高、新、端領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。 梯形波與三角波比較法通過(guò)前面所述以上方法以輸出正弦波為主要目的，沒(méi)有考慮直流電壓的利用率，而梯形波與三角波比較法則是在提高直流電壓利用率的基礎(chǔ)上提出的。規(guī)則采樣法源于自然采樣法，是對(duì)自然采樣法的一種改進(jìn)，具有計(jì)算簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。(1) 自然采樣法自然采樣法的調(diào)制波是正弦波，將正弦波與等腰三角波做比較，運(yùn)用兩波交點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制獲得正弦波。 硬件調(diào)制法硬件調(diào)制法是基于解決等面積法的缺點(diǎn)改進(jìn)而來(lái)的，其基本的原理是以等腰三角波作為載波，利用載波信號(hào)將控制信號(hào)調(diào)整成期望波形，因此調(diào)整波為正弦波時(shí)，輸出波為SPWM波形。(3) 等面積法并應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如現(xiàn)代控制理論、非線(xiàn)性系統(tǒng)控制思想中，由PWM控制技術(shù)的特點(diǎn)可為以下幾類(lèi)主要方法。 PDM調(diào)制方法的選擇根據(jù)采樣控制理論可知：把沖量相等形狀各異窄脈沖作用在慣性環(huán)節(jié)時(shí)，其產(chǎn)生作用相識(shí)。固定相序啟動(dòng)法的原理主要是按照固定的時(shí)間間隔以及固定的導(dǎo)通相序，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，一般只適用于空載情況，無(wú)法滿(mǎn)足負(fù)載變化的情況下的使用要求[27]。(3) 開(kāi)環(huán)啟動(dòng)方法開(kāi)環(huán)啟動(dòng)前需要預(yù)先知道轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置，堅(jiān)決不允許因?yàn)橄嘈虻腻e(cuò)誤導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)，甚至反轉(zhuǎn)的情況發(fā)生。但若選取合適的參數(shù)，可能成功啟動(dòng)電機(jī)，但又可能出現(xiàn)切換時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩較小而無(wú)法滿(mǎn)足需要的情況。(1) 三段式啟動(dòng)法三段式啟動(dòng)方式為他控式同步電機(jī)控制方式，主要包括三個(gè)部分，即剛起始的轉(zhuǎn)子自定位，之后從靜止時(shí)刻就開(kāi)始強(qiáng)制加速，在強(qiáng)制加速的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生足夠電機(jī)強(qiáng)制換向的反電動(dòng)勢(shì)，從而將無(wú)刷直流電機(jī)從強(qiáng)制加速狀態(tài)切換至自同步運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)控制。現(xiàn)在已經(jīng)有許多公司將這種方法集成到芯片中并應(yīng)用到實(shí)際中。永磁轉(zhuǎn)子和定子的電樞在不同的位置反應(yīng)合成不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)，再由霍爾元件將磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，傳遞給DSP，即可確定轉(zhuǎn)子所在位置[1723]。(2) 光電式位置傳感器光電式位置傳感器的原理主要是光電效應(yīng)，由電機(jī)轉(zhuǎn)子上的遮光板、提供確定光線(xiàn)的固定光源以及接收光信號(hào)的光電管等共同構(gòu)成的。 系統(tǒng)軟件總框圖 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方案的選擇在無(wú)刷直流伺服電機(jī)中使用位置傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的磁極位置，在通過(guò)邏輯開(kāi)關(guān)電路確定是否換相?？刂齐娐芬跃哂懈咚龠\(yùn)算能力DSP芯片為核心，這樣對(duì)構(gòu)成數(shù)字化控制系統(tǒng)，并對(duì)其保護(hù)電路等設(shè)計(jì)等[24]。同時(shí)，上位機(jī)在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中也是相當(dāng)重要的，可以通過(guò)面板對(duì)控制程序中的一些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，這樣不僅可以減小代碼反復(fù)燒寫(xiě)次數(shù)，又可以增加修改程序靈活度。然而，由于傳統(tǒng)微處理器的運(yùn)行速度較慢(如MCU)，無(wú)法滿(mǎn)足高速的運(yùn)行狀態(tài)，從而無(wú)法展現(xiàn)出無(wú)刷直流電機(jī)的突出性能。本章主要內(nèi)容是對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了相關(guān)的分析，建立了數(shù)學(xué)模型及其電氣模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中包括調(diào)速方法、控制算法、中央控制單元等做了對(duì)比說(shuō)明，并根據(jù)實(shí)際需要做了必要的調(diào)整，為后續(xù)的研究工作奠定基礎(chǔ)。因此，由單片機(jī)控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制速度無(wú)法達(dá)到理想的要求，其控制精度也無(wú)法滿(mǎn)足要求?？删幊炭刂破骺蓪?duì)無(wú)刷直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制。 本文一個(gè)亮點(diǎn)是綜合了先進(jìn)的模糊控制理論與傳統(tǒng)PID控制器的優(yōu)點(diǎn)，使得優(yōu)化后的控制策略具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)量小、穩(wěn)態(tài)精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。二者得到的變結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)模式都能使系統(tǒng)的位置控制達(dá)到較好的控制效果[19][21]。(2) 變結(jié)構(gòu)控制算法控制性能良好控制系統(tǒng)一直是設(shè)計(jì)人員不斷的追求，為了達(dá)到這個(gè)目的，人們不斷把代表最新科技技術(shù)的控制方法運(yùn)用在電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。之所以采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，是因?yàn)槠滢D(zhuǎn)速響應(yīng)、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快、控制精度高、系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)；而其缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。這種控制系統(tǒng)一般由速度給定、速度反饋以及速度調(diào)節(jié)等幾個(gè)模塊構(gòu)成。 永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制方案選擇與確定 調(diào)速系統(tǒng)的分類(lèi)(1) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)顧名思義，開(kāi)環(huán)控制就是不具有反饋信號(hào)的控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)器接受到速度信號(hào)后，輸出一定的PWM波。(1) 電壓平衡方程 （）其中為磁極對(duì)數(shù)矩陣；、是三相定子的電壓；、是三相繞組的電勢(shì)；、是三相繞組的相電流；、是三相繞組的電流自感 ；、是繞相之間互感；、是繞組的相電阻。每路電路導(dǎo)通時(shí)會(huì)讓定子繞組圍繞軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)60176。驅(qū)動(dòng)器的主要作用是接收上位機(jī)傳達(dá)的指令，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)[25]；驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)功能是對(duì)電機(jī)進(jìn)行狀況進(jìn)行預(yù)警保護(hù)和顯示等。當(dāng)然以上工作只是設(shè)計(jì)工作的一部分，因?yàn)槎ㄗ由系碾姌型姾?，產(chǎn)生的磁場(chǎng)是恒定的，而根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這樣并不能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律得知，轉(zhuǎn)子電樞受到感應(yīng)磁場(chǎng)的作用力而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。在永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子中，鐵氧體、鐵硼、稀土鈷等永磁體使用較多[1113]，而新一代伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子則把鐵硼等新興材料用到電機(jī)轉(zhuǎn)子的制造中。其中、分別為三相繞組。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可以分凸極式和嵌入式，凸極式就是在轉(zhuǎn)子表面上貼上瓦片狀的永磁體；嵌入式就是在轉(zhuǎn)子的鐵心中嵌入永磁體。把位置傳感器與電機(jī)的主軸同軸安裝，用以檢測(cè)電機(jī)磁鋼的位置，進(jìn)而將位置信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器再將給定的控制信號(hào)和反饋的位置信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合后發(fā)送信號(hào)，控制電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路，使定子各相繞組按一定邏輯順序?qū)ā?6) 對(duì)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行軟件和硬件的聯(lián)合調(diào)試，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，最終達(dá)到理想的效果，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。(2) 根據(jù)永磁無(wú)刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB/SIMULINK搭建模糊PID控制器和無(wú)刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)系統(tǒng)的模型，并進(jìn)行仿真。從鎖相環(huán)控制的鑒相器實(shí)現(xiàn)方式來(lái)看[8][10]，可分為模擬鎖相環(huán)、模數(shù)混合鎖相環(huán)、數(shù)字鎖相環(huán)和軟件鎖相環(huán)[10]，其中用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)非線(xiàn)性控制方法是最效率的一種方法。但之所以其應(yīng)用受到了一定限制，就是因?yàn)槠鋭?dòng)態(tài)響應(yīng)、抗干擾能力相對(duì)較差。因此，要想進(jìn)一步提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，還應(yīng)該針對(duì)這個(gè)問(wèn)題做更加深入細(xì)致的研究與分析。尤其是大慣性系統(tǒng)，控制或消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變得十分關(guān)鍵，這也是伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)者所關(guān)注的重要問(wèn)題之一。近年來(lái)，對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)的研究已由原來(lái)的線(xiàn)性系統(tǒng)的研究方向向非線(xiàn)性控制理論的研究方向發(fā)展，而且受重視的程度逐年提高。現(xiàn)在，在眾多的電機(jī)控制策略中，經(jīng)典的PID控制以其算法簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)行可靠、控制器可以由模擬電路實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)的研究已經(jīng)形成了完備的理論體系，這些理論和方法很多都已運(yùn)用在永磁無(wú)刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā)中，對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展是不可替代的[5][7]。仿真研究的優(yōu)勢(shì)在于，能夠?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供大量、充分、更利于觀(guān)察的曲線(xiàn)與圖標(biāo)等依據(jù)，達(dá)到這樣的效果也與前兩者有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。而其多樣性則體現(xiàn)在：仿真器的參數(shù)可以根據(jù)仿真的結(jié)果進(jìn)行一定范圍的調(diào)整以便運(yùn)用仿真器找到合適的系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)。而MATLAB仿真軟件就是最為人們所熟知、應(yīng)用最廣泛的仿真軟件之一。但并不是所從事研究與開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員都有與研究領(lǐng)域相適應(yīng)的進(jìn)程相應(yīng)的儀器設(shè)備。從1978年起，無(wú)刷直流電機(jī)逐漸運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中，這種實(shí)質(zhì)性的發(fā)展也是依賴(lài)于電子技術(shù)、永磁材料等以及電機(jī)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展而得以實(shí)現(xiàn)的，使得無(wú)刷直流電機(jī)更具實(shí)用性。第二個(gè)階段：誕生階段。在接下來(lái)的較長(zhǎng)時(shí)間里，直流電機(jī)憑借著調(diào)速性能好、控制簡(jiǎn)單、體積小、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到重視與發(fā)展[3]。在這些研究成果中，對(duì)電機(jī)的發(fā)展帶來(lái)革命性突破的是用釹鐵硼等永磁材料來(lái)代替外加勵(lì)磁、用半導(dǎo)體器件代替電機(jī)電刷 [1]。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因是多方面的，但主要的原因還是因?yàn)殡娝⒌拇嬖?。關(guān)鍵詞：模糊PID控制器；DSP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；PSO算法；無(wú)刷直流電機(jī)論文類(lèi)型：應(yīng)用研究AbstractBrushless DC motor does not only have simple structure，reliable operation，easy maintenance advantages，but also is same as DC motor has high efficiency，no excitation loss and speed performance advantages，has good application prospects in the field of science and technology. This article studies the following aspects：how to implement a brushless DC motor control system smooth start，how to design brushless DC motor control system of hardware based on microcontroller chip DSP and implement simulation technology of brushless DC motor.First，learning the permanent magnet brushless DC motor39。文中對(duì)如何將PSO算法實(shí)現(xiàn)于模糊控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行原理闡述，使控制系統(tǒng)能夠在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)整模糊控制器的量化因子、和比例因子，進(jìn)而調(diào)整PID的三個(gè)參數(shù)稱(chēng)、較好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速、無(wú)超調(diào)的動(dòng)態(tài)性能。然后，本文根據(jù)該設(shè)計(jì)方案完成了整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)工作。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本