【正文】 在傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器基礎上，通過一定的模糊規(guī)則，將實際系統(tǒng)中較難確定的比例、積分、微分（）系數(shù)實時計算出來，根據(jù)需要不斷調(diào)整PID參數(shù)值[17]。本設計的速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器采用模糊PID控制器。圖6 模糊PID控制系統(tǒng)結構Fig6 Fuzzy PID control system structure要實現(xiàn)模糊化設計，首先要將輸入量分成七個等級，即：、。表1 各語言變量值范圍Table1 Each language variable value range語言變量值范圍由表1可以畫出模糊量的隸屬度函數(shù)，如圖7所示。計算的規(guī)則是根據(jù)人們積累的經(jīng)驗而來的，三個參數(shù)具有不同的規(guī)則，如表4所示[20]。這里利用Kp的計算方法進行簡要介紹，其它兩個類似，計算流程如下：1． 計算出Kp的的大小。3． 利用模糊規(guī)則進行模糊推理，計算出Kp模糊量的輸出。以上為模糊PID控制的實現(xiàn)過程，程序的實現(xiàn)流程如圖8所示。 WORD格式整理 范文范例參考3 控制策略的仿真分析 MATLAB介紹本設計選用MATLAB對系統(tǒng)進行仿真分析。近十幾年來，計算機控制技術發(fā)展迅速，電氣領域的仿真控制越來越受到重視，Simulink利用MATLAB函數(shù)為基礎搭建動態(tài)控制數(shù)學模型，根據(jù)模型可以對控制系統(tǒng)進行計算機仿真研究[21][22]。Simulink可以利用對話框方便的設定適合系統(tǒng)的仿真步長，還可以使用示波器等模型方便的觀察仿真結果，比以往的利用函數(shù)實現(xiàn)這些功能有了大幅的改進。本文利用Simulink仿真庫對整個系統(tǒng)進行仿真。圖9 三相異步電機模型Fig9 Threephase asynchronous motor model三相異步電機模型可以選擇速度或者轉矩的輸入模式，可以配置電機參數(shù)，并且可以根據(jù)需要將信號分解輸出。電流模型模塊如圖11所示。圖12和圖13為轉矩、勵磁調(diào)節(jié)模塊。圖13 勵磁調(diào)節(jié)模型Fig13 Excitation adjusting model利用勵磁調(diào)節(jié)模型，可以將勵磁輸入量與計算得到的勵磁量比較。圖14為三相電流計算模塊。有了三相電流值，就可以通過波形生成模塊驅動三相橋來驅動電機了。在命令窗口輸入，即可彈出如圖15所示的模糊控制器編輯菜單。建立好模糊控制規(guī)則后，將文件保存為類型，把模塊的工具箱中拖到仿真模塊中，雙擊，將剛才保存的文件連接，就可以進行動態(tài)仿真了。圖16 模糊自適應PI調(diào)節(jié)器仿真模型Fig16 The simulation model of fuzzy selfadaption PI control圖16中模糊控制器的結構如圖17所示，它主要完成PI參數(shù)的調(diào)整值計算。圖18 PI參數(shù)調(diào)整與調(diào)節(jié)模塊Fig18 PI parameters adjustment and control module圖19為系統(tǒng)整體仿真圖。電機設定轉速為500rpm。圖20 磁鏈仿真結果Fig20 Magnetic chain simulation results由圖20的磁鏈仿真結果可以看出，定子磁鏈軌跡在啟動階段比較平滑，能夠快速的響應轉矩的變化，并且快速達到穩(wěn)定，穩(wěn)定時磁鏈大小基本不變。圖21 轉矩仿真結果Fig21 Torque simulation results由圖21的轉矩仿真波形可以看出，雖然啟動時轉矩有一定波動，轉矩就達到了穩(wěn)定（空載），并保持穩(wěn)定，可見其轉矩響應能力較好。圖22 使用普通PID控制的轉速Fig22 Use mon PID control speed圖23 使用模糊PID控制后的轉速Fig23 Using fuzzy PID control speed通過圖22與圖23可以看出，使用了模糊PID對轉速進行調(diào)節(jié)以后，轉速的響應情況明顯改善，未出現(xiàn)超調(diào)等情況，可以在很短的時間里達到設定的轉速。仿真結果表明，模糊PID控制比普通PID效果改善明顯，適合于本系統(tǒng)的轉速閉環(huán)控制，提高了系統(tǒng)性能。圖24 矢量控制定子三相電流仿真波形Fig24 Vector control stator threephase current simulation waveform由圖24的三相定子電流仿真波形可以看出，三相電流在啟動時震蕩較大，但因為勵磁與轉矩調(diào)節(jié)器的限幅作用，始終保持在最大電流值左右，迅速加大電流，并保持穩(wěn)定。 小結本章對控制策略進行了仿真分析，仿真的結果顯示，該系統(tǒng)對勵磁、轉矩、速度、電流的響應都較好，適合進行下一步的軟、硬件開發(fā)。目前，在電機控制芯片領域，世界各國的芯片制造商不斷推出解決方案，其中比較著名的有德州儀器（TI）的TMS320系列芯片，還有飛思卡爾的PowerPC電機控制芯片，AD公司的ADSP系列，另外還有瑞薩M系列、H系列、SH系列芯片，微星公司的dsPIC系列，松下的MN系列芯片，NEC公司的PD系列，意法半導體的ST7系列，另外還有英飛凌等許多其他公司的芯片。由于TI公司芯片品種全、配套好、發(fā)展迅速、軟件文檔完善、芯片資源較好等一系列的優(yōu)點，使它在全世界的市場份額達到了一半左右，可以說是數(shù)字信號處理器行業(yè)的領軍者。從1982年TMS32010問世以來，TI公司不斷發(fā)展創(chuàng)新，只花費了十幾年的時間就根據(jù)不同的需要生產(chǎn)出從第二代到第六代的各種類型的DSP芯片[25]。從應用的方向上來看，2000系列的DSP主要用于工業(yè)控制、計算機、電話等，在電機控制方面具有優(yōu)勢，屬于基本控制平臺。6000系列的應用主要是在圖像處理方面，屬于高性能平臺。TMS320F2000系列的芯片用于電機控制方面的目前主要有TMS320F2407和TMS320F2812兩款。但是作為先后出現(xiàn)的兩款芯片，兩者還是有很多區(qū)別的，主要區(qū)別如表5所示。 DSP2812介紹TMS320F2812數(shù)字信號處理器的主要用途是數(shù)字化控制領域，它不僅具有DSP的優(yōu)秀特性還具有微型單片機的優(yōu)點，在嵌入式控制系統(tǒng)中使用普遍，如電機控制(digital motor control, DMC)、自動化控制等領域。另外，F(xiàn)28x DSP內(nèi)核IQmath，DSP來開發(fā)所需的。下面是它的一些功能特點：1．CMOS2．JTAG。4．5．6．7．8．9．10．CPU11．12．13．功能框圖如圖25所示。一般比較常用的是LQFP封裝，如圖26所示。表6 TMS320F2812部分引腳功能Table6 TMS320F2812 part pin of function名稱引腳號功能描述77振蕩器輸入76振蕩器輸出119通用時鐘源，可產(chǎn)生等待狀態(tài)167174采樣A組8個輸入通道29采樣B組8個輸入通道112V參考電壓輸出101V參考電壓輸出13表6（續(xù)）12AD模塊模擬地162163AD模塊數(shù)字地。F28x：利用內(nèi)部或者，20MHz35MHz。一般來說，對于時鐘信號而言，都選擇最大的時鐘頻率來獲取最大的運行速度。時鐘產(chǎn)生電路可以選擇使用內(nèi)部的振蕩器、外部時鐘源還有其他設備產(chǎn)生?？紤]到時鐘頻率的可靠性和精度，本設計利用外部晶振來產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。時鐘震蕩電路如圖27所示。而且不可懸空。I/，注意不要連錯。圖28 芯片供電電路Fig28 Chip power supply circuit控制系統(tǒng)工作電源由外部穩(wěn)壓電源引入，＋5V穩(wěn)壓直流電源通過插孔輸入。（U1）。（U3）。SPX1117LDO高可達800mA，廣泛應用于。XRS引腳是DSP。為了保證復位的時候flash模塊電壓可以上升到正常工作電壓而讓芯片啟動，必須要保證復位的時間，一般是10MS100MS。圖29 芯片復位電路Fig29 Chip reset circuit 電壓、電流、溫度采集電路設計DSP2812的ADC。當轉換完成以后，結果將按照順序分別保存在16個結果寄存器中。表7 TMS320F2812 ADC模塊主要功能Table7 TMS320F2812 ADC modules main function序號功能112位的ADC內(nèi)核，內(nèi)置2個采樣保持器（S/HA,S/HB）2采樣模式可以為順序采樣（Sequential Sampling）或者是同步采樣（Simultaneous Sampling）3模擬輸入范圍為0—3V4快速轉換25MHZ516路輸入通道6自動序列化7序列發(fā)生器可以按兩個獨立的8狀態(tài)序列發(fā)生器（SEQ1和SEQ2）來運行，也可以按一個16狀態(tài)的序列發(fā)生器（SEQ）來運行8共有16個轉換結果寄存器來保存轉換數(shù)值9有多種觸發(fā)方式來啟動AD轉換，包括：軟件直接啟動S/W，EVA的事件源，EVB的事件源和外部引腳啟動10序列發(fā)生器可以運行在啟動/停止模式11采樣保持的采集時間窗口可以預先設定DSP2812非常脆弱，AD3V，超過此電壓將燒毀芯片。為了防止輸入AD，使輸入電壓范圍在AD。因為控制算法對電流的反饋依賴很大，主要的算法部分都是依靠電流的反饋值來計算，所以電流采樣電路非常重要。霍爾電流傳感器適用AC、DC、脈沖等復雜電流信號的隔離轉換，通過霍爾檢測變換后成為能夠直接被處理器的采集模塊獲取的電壓信號。根據(jù)所要控制的電機電流選擇合適的傳感器，比如電機的額定電流是100A，則可以選擇電流量程在250A左右的傳感器，根據(jù)上文中DSP的AD輸入特點，在反向最大電流達到250A的時候，均不超過3V，對DSP來說是安全的。圖30是電流輸入DSP前的處理電路。電壓過低的時候會照成系統(tǒng)工作不正常。圖31所示電壓檢測電路的分壓電阻R9R94需要按照實際的供電等級來計算后做出相應的改變。比如交流電機的額定電壓是34V，選擇蓄電池的時候需要選擇至少48V的電壓，并在電阻分壓之后的電壓應當小于3V，必須精確計算電阻，防止在系統(tǒng)工作的時候電壓過大對DSP照成損害?，F(xiàn)在考慮到方便及經(jīng)濟性，一般使用熱敏電阻進行溫度的檢測，熱敏電阻器是敏感元件的一類，熱敏電阻的特性隨著型號不同而不同，有的熱敏電阻溫度高電阻值就大，有的剛好相反溫度越低電阻越大，前者稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻，后者稱為負溫度系數(shù)熱敏電阻。本設計選擇的是負溫度系數(shù)的熱敏電阻，如圖9所示，當電路溫度在正常值時，采樣的電壓值較高，當溫度升高時，采樣的電壓值會降低，當降低到一定的值的時候，說明控制器溫度已經(jīng)升到很高，這時可以采取一些溫度保護的措施，比如限制電機電流，甚至徹底關斷電流的輸出，也可以設置根據(jù)溫度線性變化的電流限制曲線，自動限制電流。圖32 溫度采集電路Fig32 Temperature acquisition circuit圖32選用的熱敏電阻在正常溫度（接近25℃）的時候為100K左右，此時由電阻分壓原理可以得到一個電壓值，這個就是熱敏電阻的常溫電壓值。一般可以直接按照電阻的參數(shù)曲線進行溫度的轉換，隨著溫度的升高，電阻值的變化情況是一條斜向下的曲線。光電編碼器一般安裝在電機軸上，在電機轉動的時候隨著電機軸一起轉動，通過輸出編碼的方式來計算電機軸的位移、速度等信息，屬于一種旋轉式傳感器，目前在電機控制領域被廣泛使用[26]式和電磁式3種。，由發(fā)光二極管(LED)、。光電碼盤一般是采用玻璃材質(zhì)，也可以采用鋼片，采用玻璃的時候不透光部分要涂金屬薄膜。這些交替變化的信號會照射在光敏元件上。A、B、Z。有了這兩路脈沖，就可以根據(jù)脈沖的數(shù)目和頻率計算出電機軸的角速度和角位移。增量式光電編碼器的組成如圖33所示。如果使用光電編碼功能，則引腳上的捕捉功能將禁止。光電編碼器輸出的脈沖是由兩個頻率變化但是1/4相位差恒定的信號組成，判斷電機轉向通過判斷這兩路脈沖信號的順序，判斷電機的角位置和角速度則是根據(jù)脈沖的頻率和個數(shù)。QEP電路檢測到這些信號邊沿，并且判斷兩個通道的順序確定出轉向。得到計數(shù)值再通過與時間的相互關系就可以得到速度和位置等信息。 CAN總線接口電路設計CAN總線是一種現(xiàn)場總線技術。PROFIBUS現(xiàn)場總線。CAN。CAN總線可以使一個系統(tǒng)之內(nèi)的所有帶有CAN總線接口的設備之間互相通信，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)字化控制。CAN總線的最初設計就是用于在汽車控制系統(tǒng)中的微型計算機間的通信，早在20世紀80年代由德國一家公司提出。CAN總線主要有以下的一些特點：1．在節(jié)點的訪問方式上，取消了主從設備的區(qū)別，即在整個CAN網(wǎng)絡中每個節(jié)點都可能是主設備和從設備，只需根據(jù)優(yōu)先權來判斷訪問順序，使網(wǎng)絡設備可以實現(xiàn)多主和多機備份。3．在總線同時發(fā)送數(shù)據(jù)出現(xiàn)的仲裁方面，CAN總線采取的是非破壞性總線仲裁技術，這種技術也是按照優(yōu)先級的高低來對數(shù)據(jù)進行仲裁。4．在發(fā)送距離和可掛節(jié)點數(shù)方面，CAN總線具有非常大的優(yōu)勢。如果在有專門的CAN總線芯片支持的情況下，最大可以有110個網(wǎng)絡節(jié)點。6．CAN總線的傳輸介質(zhì)也有很大的可選擇性，一般的可以選擇電纜和雙絞線，在有轉換設備的時候還可以選擇光纖傳輸，增強了CAN總線的使用范圍。除了在汽車電子中使用，它還滲透到醫(yī)療器材、智能建筑電氣等很多的領域，由于它的獨特設計，使得它得以高速發(fā)展[28]。第一種是自身不帶CAN模塊的微處理器，這種處理器要實現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)的收發(fā)，必須要靠CAN總線控制器，比如說使用SJA1000提供CAN協(xié)議支持，然后再由CAN數(shù)據(jù)收發(fā)器如82C250來進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。第二種方式是指帶有專門CAN模塊功能的控制芯片，這種芯片內(nèi)置了CAN模塊可以為它提供完整的通信協(xié)議，編程方面比較簡單，但是因為芯片中增加了這個模塊，成本相應的增加，如果在不需要CAN總線的場合最好不要使用這種芯片，這種節(jié)點組成方式在數(shù)據(jù)的收發(fā)方式上還是要使用數(shù)