基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電子設(shè)備，尤其是一種基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控 制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流無刷電機(jī)既具備交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又 具備直流電機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用范圍極其廣 泛，遍及國防、航空航天、醫(yī)療器械、家用電器、機(jī)器人等各個(gè)領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是：提出一種基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器， 該控制器對(duì)無刷直流電機(jī)進(jìn)行位置跟蹤控制，通過在DSP內(nèi)部實(shí)現(xiàn)模糊控制算法，有效的 解決傳統(tǒng)控制算法的跟蹤精度不高的問題，
[0004]抗干擾，控制方法簡單。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：該基于模糊控制的無刷直流電機(jī)控制器由模糊位 置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī)和位置傳感器組成，三個(gè)位置傳感器互 差120°機(jī)械角度安裝于電機(jī)內(nèi)部，模糊位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷 電機(jī)和位置傳感器依電回路方式連接，整體構(gòu)成基于模糊控制的無刷直流電機(jī)控制器；所 述控制器的硬件電路由驅(qū)動(dòng)電路、光耦隔離電路、電流傳感器、位置傳感器、顯示及控制電 路、通用I/〇、DSP及其外圍電路依電路方式連接組成；驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)把產(chǎn)生的PWM信號(hào)進(jìn)行 功率放大，用以產(chǎn)生無刷直流的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，選用的場(chǎng)效用管為2N7224;光耦隔離電路用于 將DSP輸出的數(shù)字信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率信號(hào)相隔離，選用的隔離電路型號(hào)為ACPL061L; 電流傳感器用以檢測(cè)三相電流，檢測(cè)電路所用的運(yùn)算型號(hào)為AD844,檢測(cè)的電流信號(hào)經(jīng)過 DSP上的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；位置傳感器，用以獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位，該信號(hào)經(jīng)過DSP上 的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；DSP及其外圍電路根據(jù)電流傳感器和位置傳感器的數(shù)字信號(hào)，結(jié)合 模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的控制；其具體電路連 接如下：DSPTMS320C2801的引腳47、44、45、48、51、53分別經(jīng)過光耦隔離器六0?1^0611^隔離 后，連接驅(qū)動(dòng)電路的T1、T4、T2、T5、T3、T6進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，放大后的A，B，C三相信號(hào)直接驅(qū)動(dòng) 直流無刷電機(jī)；電流傳感器信號(hào)獲得信號(hào)，通過DSP上的23、22、21引腳進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲得 電流傳感器的數(shù)字信號(hào)；位置傳感器通過DSP的20、19、18引腳進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲得位置傳 感器的數(shù)字信號(hào)；DSP的引腳43、79、83、91、92、95、99、100、1、8、9分別連接顯示器耵1602八 的 5、6、7、8、9、10、11、12、13、14 引腳，DSP的引腳 63、64、67、70、71、72 作為通用I/O控制輸 出，為系統(tǒng)以后擴(kuò)展使用；DSP根據(jù)電流傳感器和位置傳感器的數(shù)字信號(hào)，結(jié)合模糊控制算 法，實(shí)現(xiàn)PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的控制。
[0006] 其模糊控制的工作過程是：通過給定位置信號(hào)比與回饋位置信號(hào)Ub產(chǎn)生的偏差信 號(hào)，經(jīng)過模糊位置調(diào)節(jié)器得到速度的參考值Ug，根據(jù)位置傳感器的微分得到當(dāng)前轉(zhuǎn)速Us，通 過速度調(diào)節(jié)器計(jì)算得到速度給定的參考值，通過增益調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換得到調(diào)節(jié)器的輸出去調(diào)節(jié)PWM波占空比，進(jìn)而控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的位置跟蹤控制。
[0007] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0008] 1、充分利用模糊控制（FuzzyControl)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化及外界擾動(dòng)影響不敏感， 不需要十分精確的數(shù)學(xué)模型，以及在實(shí)現(xiàn)過程中具有降階解耦、算法簡單的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)模糊 控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器；
[0009] 2、對(duì)比傳統(tǒng)無刷電機(jī)控制器相比，該模糊控制器：超調(diào)小，優(yōu)于0.15% ;調(diào)節(jié)時(shí)間 短，優(yōu)于0. 05秒；跟蹤精度高，最大誤差優(yōu)于0. 05% ;
[0010] 3、采用模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器成本低廉，電路簡單，動(dòng)靜態(tài)伺 服特性好；
[0011] 4、采用復(fù)合型模糊控制器，選取位移誤差、誤差變化量作為系統(tǒng)輸入，PWM控制信 號(hào)作為系統(tǒng)輸出，模糊控制器根據(jù)位移誤差和誤差變化量對(duì)性能影響的不同，采用模糊規(guī) 則進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，在偏差較大時(shí)以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，加快響應(yīng)過程，而在偏差較小時(shí)采 用PID控制技術(shù)，消除靜態(tài)誤差，提高控制精度。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型的基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器框架結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖2是圖1的硬件電路框圖。
[0014] 圖3是圖2的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。
[0015] 圖4是圖2的電流檢測(cè)電路的電路圖。
[0016] 圖5是圖1的位置傳感器的安裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案作進(jìn)一步說明。
[0018] 如圖1-5所示，該基于模糊控制的無刷直流電機(jī)控制器由模糊位置調(diào)節(jié)器、速度 調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī)和位置傳感器組成，三個(gè)位置傳感器互差120°機(jī)械角 度安裝于電機(jī)內(nèi)部，模糊位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī)和位置傳感 器依電回路方式連接，整體構(gòu)成基于模糊控制的無刷直流電機(jī)控制器；所述控制器的硬件 電路由驅(qū)動(dòng)電路、光耦隔離電路、電流傳感器、位置傳感器、顯示及控制電路、通用I/O、DSP 及其外圍電路依電路方式連接組成；驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)把產(chǎn)生的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大，用以 產(chǎn)生無刷直流的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，選用的場(chǎng)效用管為2N7224 ;光耦隔離電路用于將DSP輸出的數(shù) 字信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率信號(hào)相隔離，選用的隔離電路型號(hào)為ACPL061L;電流傳感器用以 檢測(cè)三相電流，檢測(cè)電路所用的運(yùn)算型號(hào)為AD844,檢測(cè)的電流信號(hào)經(jīng)過DSP上的ADC轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)；位置傳感器，用以獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位，該信號(hào)經(jīng)過DSP上的ADC轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)；DSP及其外圍電路根據(jù)電流傳感器和位置傳感器的數(shù)字信號(hào)，結(jié)合模糊控制算 法，實(shí)現(xiàn)PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的控制；其具體電路連接如下：DSP TMS320C2801的引腳47、44、45、48、51、53分別經(jīng)過光耦隔離器40?1^0611^隔離后，連接驅(qū)動(dòng) 電路的Tl、T4、T2、T5、T3、T6進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，放大后的A，B，C三相信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)直流無刷 電機(jī)；電流傳感器信號(hào)獲得信號(hào)，通過DSP上的23、22、21引腳進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲得電流傳感 器的數(shù)字信號(hào)；位置傳感器通過DSP的20、19、18引腳進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲得位置傳感器的數(shù) 字信號(hào)；DSP的引腳43、79、83、91、92、95、99、100、1、8、9分別連接顯示器耵1602八的5、6、7、 8、9、10、11、12、13、14引腳，DSP的引腳63、64、67、70、71、72作為通用I/O控制輸出，為系 統(tǒng)以后擴(kuò)展使用；DSP根據(jù)電流傳感器和位置傳感器的數(shù)字信號(hào)，結(jié)合模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的控制。
[0019] 其模糊控制的工作過程是：通過給定位置信號(hào)比與回饋位置信號(hào)Ub產(chǎn)生的偏差信 號(hào)，經(jīng)過模糊位置調(diào)節(jié)器得到速度的參考值ug，根據(jù)位置傳感器的微分得到當(dāng)前轉(zhuǎn)速us，通 過速度調(diào)節(jié)器計(jì)算得到速度給定的參考值，通過增益調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換得到調(diào)節(jié)器的輸出去調(diào)節(jié) PWM波占空比，進(jìn)而控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的位置跟蹤控制。
[0020] 上述模糊控制器按規(guī)則進(jìn)行工作，模糊邏輯推理方法采用Mamdani極大極小推理 法，將誤差E和誤差變化量EC的模糊規(guī)則值量化為查找表，模糊規(guī)則表如下：
[0021]
[0022] 根據(jù)模糊規(guī)則表，推理合成規(guī)則計(jì)算Ug=(EXEC)K得出速度的參考值（K為權(quán) 重系數(shù)）；速度的測(cè)量值Us根據(jù)位置傳感器獲得兩個(gè)時(shí)刻的位置信息S1+1，Si的差獲得，UsiSw-Si，對(duì)于速度的測(cè)量值Us采用3點(diǎn)平滑法，以提高速度的穩(wěn)定性；速度調(diào)節(jié)器，根據(jù) 速度的誤差利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制（即PID控制）；增益調(diào)節(jié)器，將 調(diào)整后的參數(shù)轉(zhuǎn)換為PWM控制信息，并產(chǎn)生控制直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其驅(qū)動(dòng)電路的示意 圖如圖3所示，Tl、T2、T3、T4、T5、T6為PWM控制信號(hào)，A、B、C為產(chǎn)生的無刷電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 位置傳感器，采用霍爾型磁敏式位置傳感器，位置傳感器安裝于電機(jī)內(nèi)部，三個(gè)傳感器各代 表三相位置信號(hào)，互差120°機(jī)械角度安裝。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器，其特征是：該控制器由模糊位置 調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī)和位置傳感器組成，三個(gè)位置傳感器互差 120°機(jī)械角度安裝于電機(jī)內(nèi)部，模糊位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī) 和位置傳感器依電回路方式連接；所述控制器的硬件電路由驅(qū)動(dòng)電路、光耦隔離電路、電流 傳感器、位置傳感器、顯示及控制電路、通用I/O、DSP及其外圍電路依電路方式連接組成； 驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)把產(chǎn)生的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大，用以產(chǎn)生無刷直流的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，選用的場(chǎng) 效用管為2N7224;光耦隔離電路用于將DSP輸出的數(shù)字信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率信號(hào)相隔 離，選用的隔離電路型號(hào)為ACPL061L ;電流傳感器用以檢測(cè)三相電流，檢測(cè)電路所用的運(yùn) 算型號(hào)為AD844,檢測(cè)的電流信號(hào)經(jīng)過DSP上的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；位置傳感器，用以獲 得驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位，該信號(hào)經(jīng)過DSP上的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；DSP及其外圍電路根據(jù)電流 傳感器和位置傳感器的數(shù)字信號(hào)，結(jié)合模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 對(duì)無刷直流電機(jī)的控制；其具體電路連接如下：DSP TMS320C2801的引腳47、44、45、48、51、 53分別經(jīng)過光耦隔離器ACPL061L隔離后，連接驅(qū)動(dòng)電路的Tl、T4、T2、T5、T3、T6進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 放大，放大后的A，B，C三相信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)直流無刷電機(jī)；電流傳感器信號(hào)獲得信號(hào)，通過 DSP上的23、22、21引腳進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲得電流傳感器的數(shù)字信號(hào)；位置傳感器通過DSP 的20、19、18引腳進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲得位置傳感器的數(shù)字信號(hào)；DSP的引腳43、79、83、91、92、 95、99、100、1、8、9 分別連接顯示器 HJ1602A 的 5、6、7、8、9、10、11、12、13、14 引腳，DSP 的引 腳63、64、67、70、71、72作為通用1/0控制輸出，為系統(tǒng)以后擴(kuò)展使用；05?根據(jù)電流傳感器 和位置傳感器的數(shù)字信號(hào)，結(jié)合模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷 直流電機(jī)的控制。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器，該控制器由模糊位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī)和位置傳感器組成，三個(gè)位置傳感器互差120°機(jī)械角度安裝于電機(jī)內(nèi)部，模糊位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī)和位置傳感器依電回路方式連接整體構(gòu)成基于模糊控制的無刷直流電機(jī)控制器。本實(shí)用新型電路簡單，成本低廉，抗干擾，動(dòng)靜態(tài)伺服特性好，通過在DSP內(nèi)部實(shí)現(xiàn)模糊控制算法，有效的解決了傳統(tǒng)控制算法的跟蹤精度不高的問題。
【IPC分類】H02P21/00
【公開號(hào)】CN204967686
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520777523
【發(fā)明人】宋宗璽, 杜永超, 駱鵬飛
【申請(qǐng)人】淮安市白湖電子科技有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月9日