直流電動機(jī)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(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)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(gòu)成的復(fù)雜PID模擬控制系統(tǒng),。常規(guī)PID控制雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好,、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),，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(fù)雜系統(tǒng)如對機(jī)器人的控制,，由于其負(fù)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(dá)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(yīng)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(yīng)PSD算法控制框圖見圖2,。

2 單神經(jīng)元PSD自適應(yīng)控制算法

    圖2中狀態(tài)轉(zhuǎn)換器的輸人為設(shè)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(yīng)于神經(jīng)元輸入xi(k)的加權(quán)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?yàn)榭刂菩Ч饕ce(k)和△e(k)有關(guān)。為了保證學(xué)習(xí)算法的收斂性和控制的魯棒性,，一般采用規(guī)范化學(xué)習(xí)算法以構(gòu)成單神經(jīng)元PSD控制規(guī)律,，所以單神經(jīng)元自適應(yīng)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(shè)計(jì)

    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(gòu)成,，一是完成速度脈沖的采樣,、控制算法的實(shí)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(shí)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(dāng)檢測到電流值超過設(shè)定的限幅值時ARM立即進(jìn)行中斷處理,，封鎖輸出給晶閘管的PWM信號,，并發(fā)出聲光報(bào)警信號。

    系統(tǒng)采用測速發(fā)電機(jī)測量電動機(jī)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(shè)計(jì)

    軟件結(jié)構(gòu)：本系統(tǒng)軟件采用功能模塊設(shè)計(jì)方法,，軟件由系統(tǒng),、主程序、中斷服務(wù)子程序及其他相關(guān)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(jié)束中斷等幾個部分,。

    在串行口中斷中,，主要完成與主機(jī)信息的傳輸，根據(jù)制定的串行通信協(xié)議,，按照主機(jī)的命令進(jìn)行各種動作,。

    在ADC中斷中，通過ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)值經(jīng)過計(jì)算得到當(dāng)前負(fù)載電流值,，進(jìn)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(jìn)行一次速度環(huán)調(diào)節(jié),，以保證系統(tǒng)按照要求進(jìn)行控制,。

5 仿真實(shí)驗(yàn)

    為檢驗(yàn)本系統(tǒng)的控制性能，對直流電機(jī)(額定數(shù)據(jù)：380 V,，37 A,，200 r／min)進(jìn)行了空載起動和突加負(fù)載的仿真實(shí)驗(yàn)，得出電流和轉(zhuǎn)速的變化曲線如圖4和圖5所示,。

6 結(jié)語

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制可靠,，能保持快速響應(yīng)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(dá)到很高的控制精度,。同時,，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可以通過串行口或者以太網(wǎng)與上位機(jī)通信。