基于DSP的无刷直流电动机的模糊控制系统研究

3 模糊控制方法
位置伺服系统要求快速准确、无超调等，而常规的PID控制较难满足上述控制要求。特别是系统中存在的一些非确定性因素如模型的时变和对象的非线性，这使得控制器应具有较强的鲁棒性。而模糊方法不依赖对象模型，具有较好的适应性，可以使用较为复杂、智能的控制方法。因此这里将模糊逻辑用于位置控制器，而速度和电流控制器仍采用PID控制。此处将位置误差e和误差的变化量ec作为位置控制器的输入，输出是速度指令值。按照模糊控制理论将输入和输出分别划分为7个模糊子集即nl(负大)、nm(负中)、ns(负小)、ze(零)、ps(正小)、pm(正中)、pl(正大)。为简单起见，输入的隶属度函数采用三角函数，而输出的隶属度为单值函数。
模糊推理时，先根据隶属函数形式对输入变量模糊化，然后以规则前件的模糊交运算求各规则的适应强度，再根据规则后件得输出量的各子集的模糊化值。由于输出的隶属函数为单值函数，故反模糊化就是求输出量模糊子集的重心。这些复杂计算都用C语言在PC机上编写，然后与汇编语言实现的电流控制、PWM输出等模块共同链接形成DSP可执行文件。最后通过PC机串口下载到DSP板上。
根据以上原理和控制方法，进行实际实验。实验装置为永磁同步电机、功率模块、DSP板组成。伺服电机带500线的编码器用于提供电机位置，本系统将其微分后得到速度信息。电机的基本参数为：相电阻5．25ω，相电感0．46 mh反电势常数2．62 V／l 000 r·min-1，额定电压19．1 V，额定电流1．16 A，转子惯量9×10 kg·m2。
实际上，模糊控制中，模糊子集的划分是比较困难的事情。因为在整个控制过程中，误差和误差的变化值都是有一定域的，称为变量的论域。起始论域为(-5 000，5 000)，随着误差的减小，其可能取值范围也越来越小。这时候若仍然使用原来的论域进行推理，虽然也可以最终达到误差趋于零，但一个较小的误差在这种情况下，将过早地进入收敛期，有可能带来比较大的定位误差。因此我们在实现模糊控制时，根据实际控制进程不断改变变量的论域。

4 结论
无刷直流电机的优越性能使它得到了广泛应用，而使用DSP实现无刷直流电机控制则不仅比传统的模拟电路成本低，而且结构简单，方便扩展。DSP的快速运算能力还可以实现更复杂的控制算法，可以将速度环和电流环都以数字方式实现，形成全数字形式的无刷直流电机控制系统。本文利用DSP实现了无刷直流电机的模糊控制。通过实验说明模糊控制的位置控制器有比PID控制更好的定位精度和快速响应能力，尤其是采用变化的论域的模糊算法可得到更优的控制性能。

发布者：小宇