[發(fā)明專利]基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510647232.0
• 申請日: 2015-10-09
• 公開（公告）號: CN105186940A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋宗璽;杜永超;駱鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 淮安市白湖電子科技有限公司
• 主分類號: H02P6/06
• 分類號: H02P6/06;H02P7/28
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標(biāo)事務(wù)所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子設(shè)備，尤其是一種基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器。

背景技術(shù)

直流無刷電機(jī)既具備交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電機(jī)的運行效率高、無勵磁損耗及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點，故其應(yīng)用范圍極其廣泛，遍及國防、航空航天、醫(yī)療器械、家用電器、機(jī)器人等各個領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提出一種基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器，該控制器對無刷直流電機(jī)進(jìn)行位置跟蹤控制，通過在DSP內(nèi)部實現(xiàn)模糊控制算法，有效的解決傳統(tǒng)控制算法的跟蹤精度不高的問題，

抗干擾，控制方法簡單。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：該基于模糊控制的無刷直流電機(jī)控制器由模糊位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī)和位置傳感器組成，三個位置傳感器互差120°機(jī)械角度安裝于電機(jī)內(nèi)部，模糊位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、增益調(diào)節(jié)器、直流無刷電機(jī)和位置傳感器依電回路方式連接，整體構(gòu)成基于模糊控制的無刷直流電機(jī)控制器；所述控制器的硬件電路由驅(qū)動電路、光耦隔離電路、電流傳感器、位置傳感器、顯示及控制電路、通用I/O、DSP及其外圍電路依電路方式連接組成；驅(qū)動電路負(fù)責(zé)把產(chǎn)生的PWM信號進(jìn)行功率放大，用以產(chǎn)生無刷直流的驅(qū)動信號，選用的場效用管為2N7224；光耦隔離電路用于將DSP輸出的數(shù)字信號與驅(qū)動電機(jī)的功率信號相隔離，選用的隔離電路型號為ACPL061L；電流傳感器用以檢測三相電流，檢測電路所用的運算型號為AD844，檢測的電流信號經(jīng)過DSP上的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；位置傳感器，用以獲得驅(qū)動信號的相位，該信號經(jīng)過DSP上的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；DSP及其外圍電路根據(jù)電流傳感器和位置傳感器的數(shù)字信號，結(jié)合模糊控制算法，實現(xiàn)PWM控制信號的產(chǎn)生，進(jìn)而實現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的控制；其具體電路連接如下：DSPTMS320C2801的引腳47、44、45、48、51、53分別經(jīng)過光耦隔離器ACPL061L隔離后，連接驅(qū)動電路的T1、T4、T2、T5、T3、T6進(jìn)行驅(qū)動放大，放大后的A，B，C三相信號直接驅(qū)動直流無刷電機(jī)；電流傳感器信號獲得信號，通過DSP上的23、22、21引腳進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲得電流傳感器的數(shù)字信號；位置傳感器通過DSP的20、19、18引腳進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲得位置傳感器的數(shù)字信號；DSP的引腳43、79、83、91、92、95、99、100、1、8、9分別連接顯示器HJ1602A的5、6、7、8、9、10、11、12、13、14引腳，DSP的引腳63、64、67、70、71、72作為通用I/O控制輸出，為系統(tǒng)以后擴(kuò)展使用；DSP根據(jù)電流傳感器和位置傳感器的數(shù)字信號，結(jié)合模糊控制算法，實現(xiàn)PWM控制信號的產(chǎn)生，進(jìn)而實現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的控制。

其模糊控制的工作過程是：通過給定位置信號U_a與回饋位置信號U_b產(chǎn)生的偏差信號，經(jīng)過模糊位置調(diào)節(jié)器得到速度的參考值U_g，根據(jù)位置傳感器的微分得到當(dāng)前轉(zhuǎn)速U_s，通過速度調(diào)節(jié)器計算得到速度給定的參考值，通過增益調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換得到調(diào)節(jié)器的輸出去調(diào)節(jié)PWM波占空比，進(jìn)而控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，實現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的位置跟蹤控制。

本發(fā)明的有益效果是：

1、充分利用模糊控制（FuzzyControl）對系統(tǒng)參數(shù)變化及外界擾動影響不敏感，不需要十分精確的數(shù)學(xué)模型，以及在實現(xiàn)過程中具有降階解耦、算法簡單的特點，實現(xiàn)模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器；

2、對比傳統(tǒng)無刷電機(jī)控制器相比，該模糊控制器：超調(diào)小，優(yōu)于0.15％；調(diào)節(jié)時間短，優(yōu)于0.05秒；跟蹤精度高，最大誤差優(yōu)于0.05％；

3、采用模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器成本低廉，電路簡單，動靜態(tài)伺服特性好；

4、采用復(fù)合型模糊控制器，選取位移誤差、誤差變化量作為系統(tǒng)輸入，PWM控制信號作為系統(tǒng)輸出，模糊控制器根據(jù)位移誤差和誤差變化量對性能影響的不同，采用模糊規(guī)則進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，在偏差較大時以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，加快響應(yīng)過程，而在偏差較小時采用PID控制技術(shù)，消除靜態(tài)誤差，提高控制精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于模糊控制的無刷直流電機(jī)位置跟蹤控制器框架結(jié)構(gòu)圖。

圖2是圖1的硬件電路框圖。

圖3是圖2的驅(qū)動電路的電路圖。

圖4是圖2的電流檢測電路的電路圖。

圖5是圖1的位置傳感器的安裝示意圖。

具體實施方式