由于應用環(huán)境的復雜，地域的廣闊等不利工作條件,，給開關磁阻電機的調(diào)速控制與相關參數(shù)監(jiān)控帶來了很多影響,。因此,，設計研制一種基于開關磁阻電機的遠程控制系統(tǒng)(SRD)具有十分重要的現(xiàn)實意義。
Controller Area Network(簡稱CAN),，與一般的總線相比,，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性,。本文主要探討基于RS-485與CAN總線的開關磁阻電機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的構成,。SRD調(diào)速系統(tǒng)通常采用傳統(tǒng)PID控制策略，系統(tǒng)很難保守良好性能,。目前,，神經(jīng)網(wǎng)絡控制與模糊控制技術應用于SRD取得了一定的成績。
卡爾曼濾算法是一種遞推算法,，對于系統(tǒng)存在過程及測量噪聲,，狀態(tài)變量受到污染，可以利用卡爾曼濾波技術進行處理。本文將卡爾曼濾波器與傳統(tǒng)的PID控制相結合,，使SRD控制效果得到明顯改善,。
1 系統(tǒng)設計方案
基于CAN總線的開關磁阻電機遠程控制系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)主要包括PC(上位機),、RS-485與CAN結合的通信網(wǎng)絡、CAN智能節(jié)點與開關組電機四大部分,。串行接口標準的選擇上位機與CAN智能節(jié)點間的距離通常較遠,，上位機的Rs-232C接口的最大傳輸距離為15m，不能滿足要求,。而RS-485串行數(shù)據(jù)通信標準可傳送1200m以上,，因此宜選用后者。上位機本身具有RS-232C接口,，可配備一塊RS232-RS485轉(zhuǎn)換板STD5630,，實現(xiàn)RS-232電平到RS-485電平的轉(zhuǎn)換。
在該遠程監(jiān)控系統(tǒng)中,，采用RS-485與CAN結合通信網(wǎng)絡,，節(jié)省了CAN適配卡與專門的驅(qū)動程序，因此可靠性與性價比得到了較大的提高,。
CAN總線智能節(jié)點在分布式控制系統(tǒng)中起著承上啟下的作用,。它位于執(zhí)行機構所在的現(xiàn)場，一方面和上位機進行通信,，以完成數(shù)據(jù)交換,；另一方面又可根據(jù)系統(tǒng)的需要對現(xiàn)場的執(zhí)行機構進行控制和數(shù)據(jù)采集。典型的CAN總線控制節(jié)點是由微處理器,、CAN控制器,、CAN接口構成，如圖2所示,。
2 硬件電路設計
2．1 RS-485接口電路設計
RS-485接口電路見圖3所示,。該電路主要由光耦和RS-485芯片組成，光耦能排除由于共地而可能串入的干擾,。RS-485芯片采用MAX 491,，其作用是實現(xiàn)RS-485串口傳輸?shù)碾姎鈽藴省D中MAX491的2個有效電平相反的引腳——接收,、驅(qū)動器允許腳接在了一起,，即使得RS-485工作在半雙工方式。
2．2 CAN節(jié)點電路設計
系統(tǒng)各節(jié)點采用89C51單片機作為微處理器,，選用SJA1000作為CAN控制器,，并使用CAN控制器接口芯片82C250。為進一步提高抗干擾能力，在兩個CAN器件之間使用了由高速隔離器件6N137構成的隔離電路,。CAN器件與微處理器的硬件連接圖如圖4所示,。硬件電路中使用82C250的目的是為了增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬時抗干擾能力,，保護總線,。
3 CAN總線通信軟件設計
遠程控制系統(tǒng)軟件設計包括初始化程序與通信主程序設計。CAN初始化只能在復位模式下進行,，初始化主要包括工作方式的設置,，波特率參數(shù)設置和中斷允許寄存器IER的設置。作為軟件設計核心部分的是RS-485CAN接口通信編程,，其程序流程圖如圖5所示,。
4 基于卡爾曼濾波器的SRD控制器設計
在SRD控制策略上，主要以線性模型為基礎,，結合傳統(tǒng)PI或PID控制器,。但是普通PID控制器的參數(shù)難以自動調(diào)整，由此構建的SRD系統(tǒng)難以獲得理想的輸出特性,。對于SRD系統(tǒng)中存在過程及測量噪聲,，狀態(tài)變量受到污染，可以利用卡爾曼濾波技術進行濾波,，將卡爾曼濾波器與傳統(tǒng)的PID相結合,，可以使SRD系統(tǒng)控制效果得到明顯改善。
4．1 卡爾曼濾波器原理
卡爾曼濾波是以最小均方差為準則的最佳線性估計,，它根據(jù)前一個估計值xk-1和最近一個觀測數(shù)據(jù)yk來估計信號的當前值,，利用狀態(tài)方程和遞推方法進行估計。設向量非平穩(wěn)狀態(tài)序列xk和yk用下面的動態(tài)方程描述：
式中：ωk為過程噪聲信號,，vk為測量噪聲信號卡爾曼濾波的遞推算法為：
4．2 基于卡爾曼濾波器的PID控制結構與仿真
基于卡爾曼濾波器的PID控制系統(tǒng)的結構圖如圖6所示,。
仿真的被控對象傳遞函數(shù)為
采用常規(guī)PID控制+卡爾曼濾波器控制，令過程噪聲ωk,、νk協(xié)方差為1,，幅度為0．02，輸入信號為階躍信號,。在MATLAB中用隨機函數(shù)rand()來模擬白噪聲,。沒有加卡爾曼濾波器的常規(guī)PID控制仿真結果如圖7所示，加入濾波器后PID控制階躍響應如圖8所示,。
5 結束語
本文在開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)中引入了CAN智能從站技術,，并且將RS-485和CAN總線相結合，使開關磁阻電機擺脫舊的控制模式,，為電機實現(xiàn)智能化,、網(wǎng)絡化,、遠程化控制提供一種新的思路。在開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)中,，將常規(guī)PID控制與卡爾曼濾波器相結合,，仿真結果表明，基于卡爾曼濾波器的PID控制方法超調(diào)量小,、控制效果好,。