基于虛擬儀器的同步伺服系統(tǒng)PID模糊控制器設(shè)計(jì)

1.引言
顫振試飛歷來是飛機(jī)試飛最后關(guān)注的課題，因?yàn)樗苯佑绊戯w行安全。在顫振試飛實(shí)驗(yàn)中，顫振激勵(lì)系統(tǒng)是顫振試飛的重要設(shè)備之一。
直流伺服系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)單元，是顫振激勵(lì)及分析系統(tǒng)研制中技術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)較大的一環(huán)，涉及到同步控制、小型特種永磁無刷直流伺服電機(jī)技術(shù)等一系列問題。本文以LabVIEW 7軟件為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用LabVIEW 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能及其PID和Fuzzy logic兩個(gè)工具箱為該伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)基于虛擬儀器的控制器，完成雙電機(jī)的同步控制。
2 基于虛擬儀器同步伺服系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)
2.1 同步伺服系統(tǒng)的組成

位置——速度雙閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)原理框圖
整個(gè)顫振激勵(lì)器的直流伺服系統(tǒng)原理框圖如圖1。該直流伺服系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)的同步控制，包括實(shí)時(shí)位置同步、速度同步、差動(dòng)同步以及速度跟隨等功能，采用雙閉環(huán)控制。外環(huán)是位置閉環(huán)，利用NI公司的數(shù)據(jù)采集卡PCI6221的計(jì)數(shù)器與光電編碼器相結(jié)合檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，引入位置閉環(huán)既可以較方便的采用先進(jìn)控制算法又可以將位置差通過同步控制算法形成控制信號(hào)以確保同步精度；內(nèi)環(huán)是速度閉環(huán)，通過Mc33039芯片檢測(cè)轉(zhuǎn)子速度，引入速度閉環(huán)來提高直流伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)可以大大削弱系統(tǒng)參數(shù)變化的不利影響，抑制摩擦和間隙等非線性的不良作用，具有較高的抗干擾性能。
2.2 控制器的設(shè)計(jì)
2.2.1總體設(shè)計(jì)
控制器作為伺服系統(tǒng)的核心，將來自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、分析和加工，按照一定的程序給出相應(yīng)的指令，從而控制整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地運(yùn)行，因而無疑對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣起著非常重要的作用。
PID控制算法是一種工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用的控制策略，傳統(tǒng)的PID控制器具有原理簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，易于調(diào)整，穩(wěn)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)具有線性、有確定模型的系統(tǒng)易于整定到最佳控制效果。但本文的顫振激勵(lì)系統(tǒng)的同步伺服系統(tǒng)是兩臺(tái)無刷直流電機(jī)，均為PWM調(diào)速，速度大小與調(diào)速電壓之間的關(guān)系顯然是非線性的。為此，首先在不同的調(diào)速電壓下做大量的試驗(yàn)，來測(cè)定轉(zhuǎn)速，然后通過調(diào)速電壓、速度數(shù)據(jù)建立一個(gè)基本的數(shù)學(xué)模型；其次將兩路位置信號(hào)的差值形成的控制信號(hào)送入控制算法；最后在傳統(tǒng)PID控制器的基礎(chǔ)上應(yīng)用模糊集合理論，設(shè)計(jì)一個(gè)基于簡(jiǎn)單模型的模糊PID控制器，能方便的實(shí)現(xiàn)參數(shù)的在線自整定，以達(dá)到較為理想的控制效果。
2.2.2電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

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