基于神经网络电机速度控制器的SOPC系统

3 应用举例

根据前面的仿真结果，把神经网络速度控制器应用在一个机械臂上，具体实验与结果如图6。



如图6，运动控制系统模块接收到速度给定信号和命令后进行速度调节。速度调节器的输出就是PWM脉宽调制电路的控制信号，之后产生PWM信号传给伺服电机驱动器驱动电机。速度反馈信号由装在电机轴上的光电编码器产生。为了提高反馈信号的分辨率，对光电编码器的输出信号进行倍频，从而提高了编码器的分辨率，也就提高了速度反馈信号的分辨率。速度调节采用神经网络参数辨识自适应控制。

驱动对象是一台直流力矩电机，输入电压为DC27V，额定电流2.5A，最大空载转速600r/min。图7为空载状态下转速指令由0上升到 110 r/min的阶跃输入时的系统跟踪结果。由图7可知，系统能快速响应给定转速的变化，有较好的跟踪能力和稳定性。



本文运用神经网络控制方法并且通过FPGA中的硬件实现速度反馈调控电路，采用C++语言在FPGA片内集成的Nios Ⅱ软核处理器中进行坐标变换和轨迹规划，构成一个完整的机械臂关节速度控制器的SoPC系统。此方案使控制器系统的集成度变高，增加了系统的抗干扰性和稳定性，同时提高了系统调试效率和控制精度，是现代机器人伺服系统向模块化、智能化发展的方向。

参考文献

   1. 周兆勇.李铁才.高桥敏男 基于矢量控制的高性能交流电机速度伺服控制器的FPGA实现 [期刊论文] -中国电机工程学报2004(05)
   2. 范峥.刘宏飞.戚新波 交流伺服电动机神经PID自适应控制器的研究与开发 [期刊论文] -微特电机2006(08)
   3. 王金明 Verilog HDL 程序设计教程 2005
   4. 魏海坤 神经网络结构设计的理论与方法 2005
   5. 李昂.王沁.李占才 基于 FPGA的神经网络硬件实现方法 [期刊论文] -北京科技大学学报2007(01)
   6. Hikawa H A new digital pulse-mode neuron with adjustable activation function 2003(01)
   7. 夏长亮 基于 RBF神经网络的超声波电机参数辨识与模型参考自适应控制 [期刊论文] -中国电机工程学报2004(07)

作者：河南科技大学 李利歌 阎保定 侯韶剑 姚良沽
来源：单片机与嵌入式系统 2008（10）