直流電動機具有良好的起制動性能,，能大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因而在可控的電力拖動領域中得到了廣泛的應用,。然而傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)所采用的是由分立元件構成的復雜PID模擬控制系統(tǒng),。常規(guī)PID控制雖然具有結構簡單、穩(wěn)定性好,、易于工程實現(xiàn)等優(yōu)點,，但該方法過分依賴控制對象的模型參數(shù)，魯棒性差,。對于復雜系統(tǒng)如對機器人的控制,，由于其負載模型參數(shù)的大范圍變化以及非線性因素的影響，常規(guī)PID控制難以達到滿意的效果,。本文提出一種基于LM3S8962 ARM芯片的模糊控制系統(tǒng),，以替代傳統(tǒng)的PID模擬控制，提高直流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能,。
1 控制系統(tǒng)的控制方案
系統(tǒng)控制框圖如圖1所示,，采用串級控制，分為轉(zhuǎn)速環(huán)(外環(huán))和電流環(huán)(內(nèi)環(huán)),。為了提高系統(tǒng)響應的快速性和限流的必要性,，電流環(huán)仍采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，而轉(zhuǎn)速則采用神經(jīng)元控制器,，以提高其魯棒性,。
單神經(jīng)元自適應PSD算法控制框圖見圖2。
2 單神經(jīng)元PSD自適應控制算法
圖2中狀態(tài)轉(zhuǎn)換器的輸人為設定值r(k)和過程輸出y(k),，轉(zhuǎn)換器的作用是獲得單神經(jīng)元的三個輸入量x1(k),，x2(k)，x3(k),，在這里：
其中：Wi(k)(i=1,，2，3)為對應于神經(jīng)元輸入xi(k)的加權系數(shù),。
控制器總輸出為：
z(k)為教師信號,，在這里取z(k)=e(k)。這是因為控制效果主要與e(k)和△e(k)有關,。為了保證學習算法的收斂性和控制的魯棒性,，一般采用規(guī)范化學習算法以構成單神經(jīng)元PSD控制規(guī)律,，所以單神經(jīng)元自適應PSD的控制算法如下：
控制系統(tǒng)以LM3S8962為核心，LM3S8962是基于ARM?CortexTM-M3的32位RISC控制器,，具有內(nèi)部存儲器,、4個通用定時器、遵循ARM FiRM規(guī)范的看門狗定時器,、控制器局域網(wǎng)(CAN),、10／100以太網(wǎng)控制器、同步串行接口(SSI),、2個完全可編程的UART,、4個10位ADC、模擬比較器,、I2C,、6個PWM輸出、2個QEI模塊,。
3 控制系統(tǒng)的硬件設計
系統(tǒng)主電路采用晶閘管三相全控橋式電路,，控制電路主要由LM3S8962芯片構成，一是完成速度脈沖的采樣,、控制算法的實現(xiàn)和控制極脈沖的輸出等,。二是完成起、?？刂疲I盤及顯示器接口等,。系統(tǒng)硬件方框圖如圖3所示,。
從LM3S8962芯片出來的PWM輸出信號，經(jīng)過光電隔離驅(qū)動,，送入晶閘管控制極,，實現(xiàn)對全控橋的控制。
電流檢測回路采用霍爾電流傳感器CSNP661檢測直流電流Id,，當檢測到電流值超過設定的限幅值時ARM立即進行中斷處理,，封鎖輸出給晶閘管的PWM信號，并發(fā)出聲光報警信號,。
系統(tǒng)采用測速發(fā)電機測量電動機轉(zhuǎn)速,，把轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)分壓電阻送給ARM的ADC轉(zhuǎn)換輸入中斷,。
4 控制系統(tǒng)軟件設計
軟件結構：本系統(tǒng)軟件采用功能模塊設計方法,，軟件由系統(tǒng)、主程序,、中斷服務子程序及其他相關的子程序組成,。
主程序主要完成芯片的初始化,、變量的初始化等。
中斷程序主要包括ADC轉(zhuǎn)換結束中斷等幾個部分,。
在串行口中斷中,，主要完成與主機信息的傳輸，根據(jù)制定的串行通信協(xié)議,，按照主機的命令進行各種動作,。
在ADC中斷中，通過ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)值經(jīng)過計算得到當前負載電流值,，進行電流環(huán)調(diào)節(jié),，每經(jīng)過一定次數(shù)電流環(huán)調(diào)節(jié)，就進行一次速度環(huán)調(diào)節(jié),，以保證系統(tǒng)按照要求進行控制,。
5 仿真實驗
為檢驗本系統(tǒng)的控制性能，對直流電機(額定數(shù)據(jù)：380 V,，37 A,，200 r／min)進行了空載起動和突加負載的仿真實驗，得出電流和轉(zhuǎn)速的變化曲線如圖4和圖5所示,。
6 結語
實驗結果表明,，本系統(tǒng)結構簡單，控制可靠,，能保持快速響應及無靜差和較小超調(diào)等優(yōu)良性能,，采用了高性能高精度的ARM芯片的模糊控制器，能達到很高的控制精度,。同時,，系統(tǒng)具有較強的擴展能力，可以通過串行口或者以太網(wǎng)與上位機通信,。