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          使用模糊邏輯設(shè)計(jì)基于 DSP 的電機(jī)控制

          作者: 時間:2023-07-31 來源: 收藏

          變速驅(qū)動(VSD)電機(jī)為大幅降低能源消耗和對外國燃料的依賴帶來了希望。一種方法是使用數(shù)字信號處理器 (DSP) 為無刷直流 (BLDC) 電機(jī)等電機(jī)創(chuàng)建新一代基于 VSD 的控制器。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202307/449124.htm

          變速驅(qū)動(VSD)電機(jī)為大幅降低能源消耗和對外國燃料的依賴帶來了希望。一種方法是使用數(shù)字信號處理器 (DSP) 為無刷直流 (BLDC) 電機(jī)等電機(jī)創(chuàng)建新一代基于 VSD 的控制器。
          然而,這些電機(jī)也面臨著挑戰(zhàn)。使用傳統(tǒng)的比例、積分和微分 (PID) 控制器時,控制 BLDC 電機(jī)的電機(jī)速度非常復(fù)雜,因?yàn)樗鼈円蕾囉趶?fù)雜的數(shù)學(xué)模型并且計(jì)算量大。另一種方法是使用模糊邏輯 (FL) 算法來消除對復(fù)雜數(shù)學(xué)公式的需求并提供易于理解的解決方案。與 PID 控制器相比,F(xiàn)L 的開發(fā)周期也更短,因此上市時間也更快。本文討論使用 FL 算法通過 Texas INStruments c28xx 定點(diǎn) DSP 系列控制 BLDC 電機(jī)的過程。
          BLDC 控制模型開發(fā)
          在構(gòu)造 FL 發(fā)動機(jī)之前,我們必須首先開發(fā)一個模型作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。FL 控制器使用啟發(fā)式知識并使用模型的語言描述來表達(dá)設(shè)計(jì)。我們不會從頭開始開發(fā)模型,而是使用 PID 控制器模型作為起點(diǎn)。一旦開發(fā)并實(shí)現(xiàn),F(xiàn)L控制器就可以通過調(diào)整其參數(shù)來改進(jìn)。
          一般來說,開發(fā) FL BLDC 控制器有三個設(shè)計(jì)步驟:
          1. 定義輸入、輸出和控制器的操作范圍。
          2. 定義模糊隸屬度集函數(shù)和規(guī)則。
          3. 調(diào)整發(fā)動機(jī)。

          使用動態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)來節(jié)省系統(tǒng)電池電量需求


          圖 1 顯示了 BLDC 控制器模型的框圖。

          步是定義模型的相關(guān)輸入和輸出。輸入為誤差 (E),即設(shè)定速度 (SS) 和當(dāng)前速度 (CS) 之間的當(dāng)前誤差。另一個輸入是誤差變化 (CE),它是當(dāng)前誤差與之前計(jì)算的誤差 (PE) 之間的差值。輸出是電樞電壓(CV)的變化,即當(dāng)前電樞電壓(CAV)與先前電樞電壓(PAV)的存儲值之間的差值。得到的模型方程如下:
          E = SS – CS
          CE = E – PE
          CV = CAV – PAV
          電機(jī)速度單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) (RPM),E 決定我們與目標(biāo)速度的接近程度。因此,當(dāng)E > 0 時,電機(jī)速度低于設(shè)定速度?;蛘?,E < 0 表示電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度快于設(shè)定速度。CE 確定控制器的調(diào)整方向。當(dāng)且僅當(dāng) (iff) 當(dāng)前速度小于設(shè)定速度時,CE 為正?;蛘?,當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)前速度大于設(shè)定速度時,CE 為負(fù)。當(dāng)接近設(shè)定速度時,CE 在正值和負(fù)值之間交替。CV 是施加到電樞的激勵電壓。該電壓在實(shí)現(xiàn)中表示為脈寬調(diào)制 (PWM) 占空比。
          下一步是定義模糊隸屬度集函數(shù)、變量和規(guī)則。為了工作,非模糊(清晰)的輸入和輸出必須轉(zhuǎn)換為模糊的。轉(zhuǎn)換是通過使用語言變量來表示輸入和輸出范圍來執(zhí)行的。這些也稱為模糊變量。模糊變量用于劃分隸屬函數(shù)的值區(qū)域。例如,使用五個變量來映射輸入和輸出。它們是負(fù)中(NM)、負(fù)?。∟S)、零(Z)、正?。≒S)和正中(PM)。該模型的輸入和輸出是由五個模糊變量在操作范圍內(nèi)描述的隸屬集函數(shù)。
          FL 控制器不使用數(shù)學(xué)公式,而是使用模糊規(guī)則來做出決策并生成輸出;多么酷?。縁L 規(guī)則采用 IF-THEN 語句的形式。模糊規(guī)則決定系統(tǒng)行為,而不是復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程。例如,如果誤差 (E) 等于 NM,誤差變化 (CE) 等于 PS,則電樞電壓 (CV) 的變化等于 NS。使用的規(guī)則數(shù)量基于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)的知識。因此,對于我們的系統(tǒng),使用的規(guī)則數(shù)量為 25 個,這是基于使用 PID 控制面的基本 PID 控制器模型。
          為了給電樞通電,CV 模糊輸出必須轉(zhuǎn)換回清晰輸出。這個過程稱為去模糊化。 使用一種流行的去模糊方法,稱為重心法;稍后我將更詳細(xì)地討論它。
          設(shè)計(jì)的一步是調(diào)整會員功能和規(guī)則。此階段也稱為調(diào)優(yōu)。調(diào)整用于提高 FL 控制器的性能。一旦設(shè)計(jì)完成,控制器就可以實(shí)施了。



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