基于DSP的无刷直流电动机的模糊控制系统研究

定子电流检测是通过在逆变器的下桥臂上串接电阻进行的。将定子电流以0．395 V／A的增益转换成对应的电压量后，送入DSP的AD接口。此处只需检测a、b两相电流，c相电流可通过ia+ih+ic=O求得。这种电流检测方法比较简单，但要求软件上必须保证在输出PWM逆变器的命令时，同时检测PWM逆变器下桥臂的电流，以保证电流检测的正确性。
DSP主程序采用循环方式不断调用数据记录模块、与主机串行通讯的监视模块等。在主程序执行过程中，不断有t1中断发生，在中断服务程序中处理电流读取、换算，编码器读取、速度换算等。更重要的是要完成电流控制和速度控制环的计算。电流控制器和速度控制器采用的都是PI控制，无刷直流电机像直流电动机一样只需要一个电流调节器，而不像正弦波永磁同步电动机那样需要两个电流调节器。由软件完成的电压换相模块实现对施加于逆变器的相电压参考值的计算。实际上DSP控制器接受三相参考电压，由6个全比较PWM输出逆变器模块所需要的方波脉冲。在一个给定位置，只有两相导通，只需控制逆变器的四个晶体管。系统存在三个闭环路，实际控制时，外环位置和速度控制的周
期为1 ms，而内环电流控制的周期为O．1 ms。这是因为内环的电流变化速度快，较短的控制周期可使转矩波动减小。

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。