《電子技術(shù)應用》
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基于LM3S8962 ARM的神經(jīng)元控制直流調(diào)速系統(tǒng)
現(xiàn)代電子技術(shù)
廖京盛
摘要: 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(lǐng)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(gòu)成的復雜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,。
Abstract:
Key words :

    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(lǐng)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(gòu)成的復雜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(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),。這是因為控制效果主要與e(k)和△e(k)有關(guān),。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(gòu)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(shè)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(gòu)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(shè)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(shè)計

    軟件結(jié)構(gòu):本系統(tǒng)軟件采用功能模塊設(shè)計方法,軟件由系統(tǒng),、主程序,、中斷服務子程序及其他相關(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(jié)語

    實驗結(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,。

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