基于DSP的交流伺服電機控制系統(tǒng)

DSP（Digital Signal Processor）是一種非常獨特的數(shù)字信號微處理器，顧名思義，DSP是以數(shù)字信號來處理工作中的大量信息的電子器件。其工作原理是接收傳來的模擬信號，然后轉換為0或1的數(shù)字信號，再通過對數(shù)字信號的修改、刪除、強化，在其他的系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或實際環(huán)境格式。

一、 交流伺服電機的控制原理

1、 伺服控制

目前，理論界關于伺服控制概念的提法很多，但是，這些提法都同意伺服控制是指對物體運動的有效控制，即對物體運動的速度、位置、加速度進行控制。這種控制正在變得隨處可見和越來越普遍。

2、 伺服組件

伺服組件是由伺服電動機、機械減速或這耦合機構、伺服控制器以及傳感器等部件組成的一體化的有機伺服機構。

3、 交流電機的伺服控制

交流伺服電機的主體是由內部的永磁體轉子、驅動控制器以及U/V/W三相電形成的電磁場構成。電機工作時，轉子在此磁場的作用下開始轉動，同時交流伺服電機自帶的編碼器會反饋信號給驅動器，而驅動器則根據(jù)反饋值與編碼的目標值進行比較，以調整轉子轉動的角度。可以說交流伺服電機的精度決定于編碼器的精度。更高級的交流伺服電機的控制系統(tǒng)也更加精確和復雜，往往會包涵包括驅動器在內的多層微機控制。

二、 交流伺服電機控制系統(tǒng)的總體結構

本文討論的交流伺服電機模型采用了三級中央處理器進行控制。三級的中央處

理器控制具體包括：（1）第一級中央處理器，這一層是通過交流驅動器來實現(xiàn)交流伺服電機的U/V/W三相電路閉環(huán)數(shù)字控制，這也是基礎層的控制；（2）第二級中央處理器，這一層是通過D SP來完成交流伺服電機的運動控制算法實現(xiàn)以及控制量的給定，這也是本文討論的核心；（3）第三層中央處理器，這一層是通過計算機來管理整個系統(tǒng)，并且進行運動學計算和軌跡的規(guī)劃。詳情見圖1。

三、 雙模控制算法

模糊PD結合單神經(jīng)元自適應PID的雙?？刂扑惴ㄏ噍^于一般的控制算法具有很強的優(yōu)勢。首先，模糊P D有較強的魯棒性，在運動控制的適用中的表現(xiàn)優(yōu)于其他的控制方式。一般的，為了能夠確保交流伺服電機的控制實時性，都會先將連續(xù)的控制器輸入量進行離散化，而在線控制時則通過系統(tǒng)查表的方式得出需要的控制量，在這個過程中使用模糊控制會對控制精度帶來消極的影響。而單神經(jīng)元控制則能控制精度，但是在輸入量變化范圍較大的時候，調整的速度會變慢。因此，結合兩種控制算法的優(yōu)點的雙?？刂扑惴ň哂泻軓姷倪m用優(yōu)勢。

為了將模糊P D與單神經(jīng)元合理的結合起來，

四、 FCMAC控制算法在交流伺服電機控

制中的運用小腦模型關節(jié)控制器（C M C A），是由J.S.Albus于1975年提出的。CMCA是一種典型的局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡，是對人類小腦活動的一種模擬，由于CMCA具有線性結構以及算法簡單等特點，其應用范圍非常廣泛。本文

提到的FCMCA就是其中的一種，F(xiàn)CMCA，即模糊小腦模型關節(jié)控制器，它與BP網(wǎng)絡之類的全局逼近算法相比，學習的速度更快，也更適合于在線學習，到目前為止，已經(jīng)成功的用于許多領域。

伺服系統(tǒng)向著全數(shù)字化的方向發(fā)展，而高性能DSP器件的出現(xiàn)為其奠定了堅實的基礎。從國內外最新的發(fā)展情況來看，國外很多公司都已推出了基于D SP的成型的全數(shù)字交流伺服產(chǎn)品，象國內引進較多的日本松下、安川等交流伺服系統(tǒng)。目前，國內的控制界也己掀起了利用DSP來實現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的熱潮。另外，采用高性能控制策略的控制系統(tǒng)具有很好自適應能力和抗干擾能力，能夠在參數(shù)時變及干擾等惡劣的工況下保證系統(tǒng)良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能?？朔嘶诔Ｒ?guī)控制理論設計的電機控制系統(tǒng)存在的缺陷和不足。本文的主要任務是設計一種基于DSP和CAN總線技術的高性能全數(shù)字化伺服系統(tǒng)。采用電流、轉速雙閉環(huán)控制方式對永磁同步電動機進行速度和位置控制。

審核編輯：郭婷