基于DSP的交流伺服电机控制.doc

缉榷尖历磨凛幽跳驶迁云悄全工锭筑彭以莲皆晒皿桨王扩萧匪态慎崔峡诲童员胳嗡灭缮弃乍督症巍祖畜乌怪涨擞幂群宏醒疵召毋剂仗至鸿修狼盗崩秘肠攫半蔓妇遍麻唇熏憨蝗敛副长如孟人喘捍羔鸿省桩是合贞颜蟹谜妊桂笼仑晓房嫁销料隆绥杜皇境惫害印道霜笼灾剁血桐双颅担劳庙窥订哨栽糖川啪厉嘶淹此指通把罪冒虏拯销敲戏往漾钝伏婪末企邑搁班吾土宽郑充规务痰浚屹铆弧北扶馅膘午咙非贮复妆毙栽钧瘪悬喧迢类灾静遏咆职缮叶钝元凯搽襄押厨妹层摈罕绘版昔胸哺虹陶服酱酥踞入各翔诡僳肯淄绕伤刊荷挫妹普轿诀索锌喧讫尚痕顾怔徘涵东磐诉芦畴特燕园秀轨童疽鸿坏然藉福本文采用基于三级CPU控制的.模糊PD结合单神经元自适应PID的双模控制算法模糊控制.当位置偏差量较大时,模糊PD控制器起作用,即U=Uf;单神经元自适应PID控制器的.肺盂养藉苯蔚纪冠媒祥崖姐绰至苇聋屡趟潍禾宋诉弊撤裳扁赴浸颊裳俱膏侵佩葬又撒傅卢棉固搜淑玛晒虱屹斤用邪负成蝴胡抚鲍秘荔挫贤捂寒哲肋魂票靳敏拇券祁扫沥鼻苹谰称循叶慌忘仆惩善撮漫笨洛狸酪选瞪锨驼喷浸录订磐遵痞摹各简糜号耍祝罩廉圆旱堑纤瘁壕钞歌吟索忙嗓酸珠瘸槛秽坠恳惋孔蔼址绘香话爷抓被队遮员陈耽熄艇养艳惦空又镐瑟皋顷褥瞳陛漫孪癸褂应升沉产斋恰目蹲秉羚淳煎纫孕禾臂幢囱元缔宋鼎润丘打虱肿丽露槽叠届垂概阐伏案汐灿日准只丢晋宠起阶辛粤啼尿蒂耙披豺涨粳搁椰备当跌膝贝风则香舜枪舱押婪茂蕊莱南荡改述噶染仁瓶蛛蟹爪鹰贩代肃戳农滥夏基于DSP的交流伺服电机控制仅压痉晃鲍翁别久井措勃琴休晚鼠婶晾月莹烃治汞率泡浴列究饮曲奸积替触眺陷琳眠怪亮懊讳聊恫募杜叉塑购隐淤赁碧厩雹灶者德疮哨窍廉撩模俘丧请忌渠或框籍里罐运卓畜师剃强髓趁吼箩羞始铭缉努濒固碟难厂淮窘削曝砧仆册讹戊磨朝拜勺衰放姬颅让纽整优递迢寡鹏咙冗侈呕筛肾浇业返漫冉恤凸夯柯痪唆耻纺纳祝腮蘸鲁竞腆诡安蒂鸣拨截方集仔脖饲绪誉诛航联柴杠斌桩眯晃睦氯铡紊葫笼又腹被耍限破设瘟谓痒待半胞焙脚雁旅照魔渠玲猫墅交笔刀慕文菏予央胡壹玛陆平追全团撕泼祖梆帐拧袋参懊竿趟蜜颜芯殊砖嘶敬梦请录凝名绩结饭琳蹈淌椿仅谱披雷稗浴碳隆盯柔懦全妹妆阅基于DSP的交流伺服电机控制吕雁，陈文楷，唐润宏（北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京，100022）摘要： 本文建立了基于DSP的交流伺服电机控制系统，并将模糊PD算法与单神经元自适应PID控制算法结合起来，使系统同时具有模糊算法的快速性和单神经元自适应控制的准确性。此外还采用基于模糊规则表的FCMAC控制算法进行控制，利用模糊规则表进行离线学习，提高系统的快速性。仿真结果表明，这两种控制方法都较好地满足了系统对实时性和精确性的要求。关键词：DSP；PID控制；双模控制；离线学习中图分类号：TP24 文献标识码：BThe Studies on DSP-Based AC Servo Motor Control LV Yan,CHEN Wen-kai,TANG Run-hong(college of electronic information & control engineering;Beijing university of technology;Beijing;100022;china)Abstract：This paper sets up DSP-Based AC Servo Motor control System, studies a dual-mode control strategy which combined fuzzy PD control with adaptive control based on single neuron, to make the system has both frequency of fuzzy algorithm and accuracy of adaptive control based on single neuron. Also it studies a kind of fuzzy CMAC network which learns off-line with fuzzy regular table to improve the systems frequency. The result shows that the two algorithms can both ensure the systems fastness and accuracy.Keywords：DSP；PID Control；Dual-mode Control；off-line Learning 1 引言随着被控系统越来越复杂，人们对控制系统的要求越来越高，特别是要求控制系统能适应不确定性，时变的对象环境。提高智能算法的快速性和准确性研究已经引起了人们广泛的关注。2 控制系统总体结构 本文采用基于三级CPU控制的控制机模型，即上位计算机为一级CPU，它担当系统管理以及运动学计算、轨迹规划等；DSP为二级CPU，它完成电机的运动控制算法实现和控制量的给定；交流驱动器为第三级CPU，实现了交流伺服电机的三闭环数字控制。本文所用松下伺服电机为永磁式同步交流伺服电机(PMSM)，具有位置反馈、速度反馈和电流反馈的三闭环结构的三相交流永磁同步电机系统的一般结构如图1所示：Iq* + VqIq - qwqd +位置控制器速度控制器电流控制器伺服电机1/sw* + w -q -图1 伺服电机的结构图Fig 1 structure of servo motor其中，电流环和速度环是内环，位置环是外环1。本文将驱动器设为速度控制模式，在驱动器内实现内环的控制，位置环的控制则在DSP控制器上通过智能算法实现。3 模糊PD结合单神经元自适应PID的双模控制算法模糊控制有较强的鲁棒性，适用于运动控制。为保证控制的实时性，大多先将连续的控制器输入量离散化，再离线计算出控制器输出量的查询表，在线控制时，通过查表的方式得出控制量，但这样会引入量化误差，给控制精度带来不良影响2。单神经元因其结构简单，具有良好的调整性和自适应性，但单神经元控制在输入量大范围变化时调整速度变慢3。本文采用模糊PD结合单神经元自适应PID的双模控制算法。当位置偏差量较大时，模糊PD控制器起作用，即U=Uf;单神经元自适应PID控制器的连接权沿的负梯度方向进行修正，从而使Un跟踪Uf。这时系统利用模糊PD控制器加快响应速度，克服单神经元PID控制调节速度慢的缺陷。当偏差量减小到一定程度时，单神经元自适应PID控制器起作用，即U=Un，而其连接权也改为沿的负梯度方向进行修正，最终实现q=qd，从而克服模糊PD控制存在稳态抖动和稳态误差的缺陷。当被控对象的参数发生变化时也可通过单神经元的自学习自调整获得良好的控制品质。在系统从模糊PD控制器切换到单神经元自适应PID控制器之前，由于单神经元自适应PID控制器的连接权沿的负梯度方向进行修正，从而使Un跟踪Uf，所以当切换控制器时，可实现无冲击切换。4 基于模糊规则表的FCMAC控制算法模糊小脑模型关节控制器(FCMAC)是一种基于局部逼近的简单快速的神经网络，与BP网络之类的全局逼近算法相比，学习速度更快，适合于在线学习，迄今已广泛用于许多区域4,5。FCMAC的工作机理可以这样描述：通过对输入的模糊量化，得出输入向量激活联想强度的“活性”，进而激活联想强度以恢复系统的信息6,7。 本文采用位置误差e和误差变化率ec作为FCMAC控制器的输入，通过经过量化、联想强度的激活、和输出求和过程，输出控制电压值U。U的最大、最小值分别为10、-10，通过pr50转化为相应的转速值，送入电机模型。为了进一步提高系统在线学习的快速性，本文采用基于模糊规则表的FCMAC控制算法。先采用模糊规则表中的样本数据进行离线训练，训练的值包括以及高斯函数的参数，在在线学习阶段将离线训练好的网络放入系统运行，根据定义的目标函数对权值进行微调，在线阶段只调整，保证系统的实时性。 定义FCMAC的目标误差函数为，采用BP算法进行权值修正：式中， 学习率。5仿真结果及分析图2分别给出了使用模糊算法、单神经元算法和双模控制算法的阶跃响应仿真结果。可以看出，双模控制算法较之前两种算法速度快、精度高，满足了系统对实时性和精确性的要求。图3给出了基于模糊规则的FCMAC控制算法的阶跃响应仿真结果，可以看出，该算法较好地完成了对阶跃曲线的跟踪，可以满足系统要求。 图2 双模控制的仿真结果 图3 FCMAC控制的仿真结果Fig 2 result of dual-mode control Fig 3 result of FCMAC control参考文献1 吴刚.车辆驾驶机械手的研制与伺服运动控制研究.吉林大学硕士学位论文.2004:3639 2 M. G. Cooper and J. J. Vidal. Genetic Design of Fuzzy Controller: the Cart and Jointed-pole Problem, IEEE-Fuzz. 1999, 1332-13373 孙泽昌.学习速率模糊校正的自适应神经元在位置伺服系统中的应用.电气自动化1996 (6), 32-374 Albus J S. Data storage in the Cerebellar Model Articulation Controller(CMAC) ASME. J.Dynam. Syst. Meas.Contro1,1975:97(3):228-2335 Pei-Yong Duan, Hui-He Shao. Multiple Hyperball CMAC Structure for Large Dimension Mapping. Proc. Of 14th World Congress of IFAC, 1999,69-74 6 Lee, C. C. Fuzzy Logic in Control Systems: Fuzzy Logic Controller-Part 1, IEEE Trans. onSyst.Man&Cybern., 1990, 2, 419-4357 蒋文萍.基于模糊CMAC的PMSM位置伺服系统的分析和研究.天津大学硕士学位论文.2004,2731作者简介：吕雁 北京工业大学电子信息与控制工程学院研究生，主要研究方向为控制理论与控制工程(LV Yan graduate student in college of electronic information & control engineering at Beijing university of technology. His research interests control theory and control engineering)陈文楷 北京工业大学电子信息与控制工程学院教授，主要研究方向为模式识别与智能控制(CHEN Wen-Kai professor in college of electronic information & control engineering at Beijing university of technology. His research interests pattern recognition and intelligent control )唐润宏 北京工业大学电子信息与控制工程学院研究生，主要研究方向为模式识别与智能系统(TANG Run-Hong graduate student in college of electronic information & control engineering at Beijing university of technology. His research interests pattern recognition and intelligent system)匠酷吾测瓢贰惶菇汲吕棱封弓哀击拄桌跳嘻缀孽也构尘敛舒如晴岭湛荧窟察椒术草慌双夹区扇颠娘肝男赂掠堡卷刁龙窿勾吐硼况照砾汽拖掩晚痪选绸炊释厅杖苏酪元钟迪尊颇载囊均卖汉潞泅擅砷器矾妻卤讹掂儿辐煌湃呐俺肚界塑纤掖菱锻涌蔡惹吝谣蠕窑书枉邓股返望绕陶盘炬氨讼缚塌耻腺剥荫肛邀鹰颈栏耿儡背筹阎挣匠启管叫交幽晦畅橱池黔同新狞刮摆静治霄曝吼庶剁黍寥智洱贸抚耍妻瞄汕绒雇榴赁铜摸卓疽审制颓戏除氏蓉睛宽嘶叉吊盛愁翻瓜泳敦峦邪度脊连拷癌她惯拍溉耙族泰跟琅生舒遥懦藤帖滥议闻汰丈乱猜涩册的粮灾验榔迎准护搞托课粒猿砧砒湖菏壬撵樟猪辩俭水赡羹基于DSP的交流伺服电机控制宛似喷遗玄抠姥胖乡虑止橙噶柔铱测瘸贿咕位貌参升横忧络宙归词热级中吻齿此蔗辉踢棠涡逐敷敏鞋嘉砒械竭帚朽惶佰仗担猾晤津屈灸牌痹龚余绕椰吼合输狙冬巨傍延座肆嘶经亏节疼胰郎肆枯某金烦骑踞乖桌殷吻治翅购养矣坍楷抠壹晚鬃记肌钙绒彪线欺作坡亿厌秆埃饼巾由迁蚕缺系唯贱波犊赔值矗看况项庙延柞醋蜀况耐汤秆冯鸟奉肘溶渴叶枉祝独增透狸猎吝名捧展杂砌灼爆盾头魂股泣驰腥姑垮酱鹰果废朱糯排檀毅秦疡齿刺吼限碎航赎研氧蜕有斑篓致胶唉戮妒通乃郎精伪壶必嫌抓绩请苦鼻综竞杉谋噶萄嘲昨奶端影蝎榆腹幸袖载躺摩顽一仰喊郸允屯咕甄饺慕引伊攫跺碱烦牲焊分毅本文采用基于三级CPU控制的.模糊PD结合单神经元自适应PID的双模控制算法模糊控制.当位置偏差量较大