基于模糊控制的直流無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
摘 要：本文介紹了一種基于參數(shù)自調(diào)整的模糊控制單片機(jī)直流無刷電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)采用高性能的八位嵌入式單片微處理器PIC16C63,使硬件結(jié)構(gòu)簡潔、可靠;采用參數(shù)自調(diào)整模糊控制器,使系統(tǒng)具有較高的控制精度和良好的魯棒性。
關(guān)鍵詞：參數(shù)自調(diào)整模糊控制;嵌入式單片微處理器;直流無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
引言
??? 傳統(tǒng)PID控制的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)成熟,結(jié)構(gòu)簡單,較穩(wěn)定可靠,應(yīng)用較為廣泛,但也存在一些缺點(diǎn),例如無法有效地克服傳動對象和負(fù)載參數(shù)的大范圍變化以及非線性因素對系統(tǒng)造成的影響,因而不能滿足高性能和高精度的要求。隨著模糊控制技術(shù)的成熟,應(yīng)用越來越廣泛,人們也開始將它應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速中。使用模糊控制技術(shù)后,能充分利用其非線性結(jié)構(gòu)自尋優(yōu)等各種功能,從而顯著提高系統(tǒng)的魯棒性（robustness）。此外,由于不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也變得較為簡便。本文研究的這種新型電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),用模糊控制器替代傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器,能明顯改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能,有較好的控制效果[1]。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
??? 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由單片微機(jī)PIC16C63、顯示器、整流電路、直流變換、斬波電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、直流無刷電動機(jī)（額定電壓48V,額定轉(zhuǎn)速2000r/min）等組成。
??????? PIC16C63是MICROCHIP公司的8位CMOS單片微處理器;只有35條基本指令;片內(nèi)有三個多功能輸入輸出I/O口RA、RB和RC,其中RB、RC口為8位,RA口為5位,可直接驅(qū)動LED;3個帶8位可編程預(yù)分頻器的8位定時/計(jì)數(shù)器;2個CCP（捕獲/比較/PWM）模塊,可輸出PWM信號（從RC2/CCP1和RC1/CCP2引腳輸出）;192字節(jié)通用RAM,4096×14位EPROM;數(shù)字式的看門狗電路DWD;10個內(nèi)部和外部中斷源;程序代碼加密保護(hù);使用最高晶振20MHz;電源范圍2.5～6.25V[2]。
??? 設(shè)置CCP1模塊工作于PWM方式。把脈寬值置入CCPR1L寄存器和CCP1CON<5:4>,RC2/CCP1引腳可輸出高達(dá)10位的脈寬調(diào)制波形。當(dāng)每次將CCPR1L中的數(shù)據(jù)再載入CCPR1H時,RC2/CCP1輸出高電平;當(dāng)定時/計(jì)數(shù)器TMR2的計(jì)數(shù)值等于CCPR1H的值時,RC2/CCP1輸出低電平,產(chǎn)生脈寬。TMR2繼續(xù)遞增,直至計(jì)數(shù)值等于周期寄存器PR2的值,此時RC2/CCP1輸出高電平,產(chǎn)生PWM周期,同時使CCPR1L再載入CCPR1H,如此周期循環(huán),產(chǎn)生PWM信號。PWM輸出周期和脈寬的計(jì)算公式如下：
PWM周期=[（PR2）+1]*4TOSC*（TMR2預(yù)分頻值）
PWM脈寬=（DC1）*4TOSC*（TMR2預(yù)分頻值）
??? 式中的DC1的值由8位的CCPR1L和CCP1CON<5:4>2位組成。由此若PWM周期確定后,要獲得不同占空比的PWM信號,只要改變DC1的值即可。
??? 系統(tǒng)的基本工作原理為：轉(zhuǎn)速由霍爾位置傳感器檢測,測得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定速度進(jìn)行比較,將輸入變量模糊化（fuzzification）后進(jìn)行模糊推理,產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號從RC2/CCP1引腳輸出。圖1中,當(dāng)RC2/CCP1輸出低電平時,六只
