《单片机模糊逻辑控制器对永磁直流电动机的设计和应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机模糊逻辑控制器对永磁直流电动机的设计和应用.doc（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、出处：工程应用人工智能18（2005）881-890 单片机模糊逻辑控制器的设计和一对永磁直流电动机中的应用 思南 Pravadalioglu IMYO，控制系统。部，Dokuz Eylu 升大学，德雷斯计算机辅助设计，Istasyon索5，Buca，35170伊兹密尔，土耳其收到2004年3月27日;接受2005年3月11日可在线23 May2005 摘要他的论文描述了一种低成本的单芯片的PI型模糊逻辑控制器的设计和一对永磁直流电动机驱动器应用。所提出的控制器应用程序计算的PWM斩波驱动器的占空比，可用于直流dcconverters以及。自整定功能使控制器的鲁棒性和所有的任务由一个单一的降低
2、了系统成本，所以程序代码优化，实现芯片。一个简单但有效的算法来计算，而不是语言规则的数值。这样，外部存储器的使用被淘汰。本文的贡献是提出了feasibilityof一种高性能的非线性模糊逻辑控制器，可以实现byusing没有改进的模糊方法的通用微控制器。所开发的模糊逻辑控制器，在MATLAB / Simulink模拟软体。理论和实验结果表明，模糊逻辑控制器实现了实时操作条件超过控制多种高性能。2005年爱思唯尔有限公司保留所有权利。关键词：直流马达驱动器;模糊逻辑控制器，微控制器，应用;仿真一、 简介在开关式电源，直流电压从一个层面转化到另一个层次是DC - DC转换和使用的DC - DC转换
3、器电路，它提供了更高的效率比线性稳压器来完成。他们在很多实际的电子系统，包括家电，电脑和通讯设备非常重要。他们还广泛应用于工业，尤其是在开关式直流电源和直流马达驱动应用。在DC - DC转换器可以接受一个不受管制的直流输入电压，并产生一个控制在所需的电压等级直流输出。他们可以升压，降压和反转从输入输入直流电压和传递能量的离散数据包输出。的DC - DC转换器的一个缺点是噪音。在每次充电期间在离散的数据包，它创建噪声或纹波。噪音可减少使用特定的控制技术和元器件选择与便利。有著名的控制技术包括脉冲宽度调制（PWM）开关frequencyis其中常数，占空比随负载变化。PWM技术能提供在宽负载范围内
4、实现高效率。此外，由于开关频率是固定的，噪声谱相对较窄，允许简单的低通滤波技术，以减少峰峰值电压纹波。出于同样的原因，PWM是与电信应用中的电源噪声干扰的关注很受欢迎。一个为DC - DC转换器控制系统中最重要的要求是保持输出电压，不论在直流输入电压和负载电流的变化不断。然而，在输出负载变化影响，造成短暂的直流输出电压的稳态水平，必须加以控制，以平等adesired由控制系统水平上显着偏差。一个在电路元件的DC - DC转换器转换结果被连接固有周期变化的配置，每个配置是用一个单独的方程组。暂态分析与控制系统设计的转换器，因此很难，因为一个方程的数目必须按顺序来解决。虽然状态空间平均是最常用的模
5、型得到的线性传递函数来解决这个问题，忽略了非线形的DC - DC转换器的行为的重要部分。为DC - DC变换器非线性控制器的发展，近年来取得了相当的重视。一个基于模糊逻辑模型控制器被选为本研究的非线性控制器。模糊逻辑控制（FLC）的一直是一个重要的研究课题。 。尽管具体的理论基础，FLC的许多成功的申请报告和为DC - DC转换器和电驱动各种应用已经出版，可在文献（苏等人发现不足，1996年，1995年; Mattavelli等。 1997年Brandsetter和Sedlak，1996年;孝等，2001;。Gupta等人，1997年;扎哈罗夫，1996年;增值服务，1998年，1999年）。
6、刚果解放阵线已对非线性的，复杂的系统，以及线性系统，由于其有能力控制系统，可能没有一个输入和输出变量之间的传递函数的广泛推广应用。实验时地分配表明，模糊控制可以产生更好的结果所获得的这些常规的控制算法。与此同时，新的模糊微控制器芯片市场上，能够用自己的面具执行已经实施，如在任何需要的算法程序算法的一些缺点限制模糊规则非常快。数字信号处理（DSP）集成电路（IC）集成电路的计算和处理系统变量非常快，精度高的能力。但是，最昂贵的DSP电路，不包含诸如模拟外设数字（A / D）和数字至模拟（D / A）为转换和片上PWM发生器电路，以及需要增加外部。一间以的DC - DC转换器的其他应用程序中使用模
7、糊控制器与评估模块加上一些外部芯片一的TMS320 - DSP和模糊控制器。他们是一对A / D转换为反馈信号的评价，一个D / A转换器转换器转换成输出和PWM控制芯片的计算量产生的开关元件（苏等半导体适当的工作周期，1995年;。Brandsetter和Sedlak，1996）。一个与8位微控制器联合体实施常规提出Gupta等人。 （1997年）的DC - DC转换器和修正的defuzzication过程重心法是用来减少8位微控制器的处理时间。然而，这moded清晰化技术提高了系统的稳定时间。详细的模拟和在与刚果解放阵线直流电动机驱动的闭环控制实验研究，进行了扎哈罗夫（1996年）和一个评
8、估板PC电脑是刚果解放阵线就业。的比例积分（PI）型电流和转速控制器的瞬态响应的比较，刚果解放阵线的。在这份文件中提出的研究目标是设计和实施控制的永磁直流电动机（PMDCM）转子转速高绩效的模糊PI控制器调节。我们还通过提供一个通用的单芯片微控制器的wayof设计这样一个具有成本效益的方式控制器。这种设计是实施淘汰弥补了模糊化过程修改并于Guptaet人提出的假设。 （1997年）。这导致的瞬态和闭环稳态系统的改进性能。实验结果也比从MATLAB仿真结果/捷联惯组链接获得。二、 永磁直流电动机和C类菜刀透过C类菜刀PMDCM美联储可以描述为状态空间形式的连续时间如下：其中Ra为电枢电阻（欧姆）
9、，香格里拉是电枢电感（亨利），Ka是反电动势和转矩常数（第V /弧度/ s或牛顿米/甲），J是惯性（kgm2）总的时刻，BV是粘性摩擦常数（牛米/弧度/秒）。弗吉尼亚州（t）代表用于电枢由斩波C类图定类型的电压，如图1所示。电枢电压的平均值为一吨的功能，一段砍和直流输入电压，如图2所示的水平。在模拟控制系统，重复锯齿波进行比较与控制电压来产生PWM栅极信号中采用的MOSFET的菜刀。占空比等于控制电压之间（欧共体）的锯齿峰比值。控制电压信号放大是普遍获得的实际输出电压和其预期价值的差额。简单的控制，就可以进行使用模拟集成电路，如运算放大器电路而复杂的控制任务，通常涉及使用的数字IC，微控制器或
10、DSP，以支持高性能，重复numeri -和Cally密集型任务。建立一个闭环控制系统，实际输出电压可感觉到的一个测速发电机，产生输出电压成正比的电枢旋转。 FLC的开发与应用已制定的电气传动（增值服务，1998年，1999年）近年来，更多的关注。 图1.直流电动机及C类菜刀 图2. 电压波形斩波型C级三、 模糊控制器传统的控制器控制理论来源于对过程的数学模型为基础的技术。它们的特点与设计程序，通常有简单的结构。他们产生令人满意的结果，被广泛用于工业。然而，在许多情况下，例如，当参数发生变化时，或干扰存在，或有没有简单的数学模型，基于模糊逻辑控制系统性能优越的显示采用传统的控制算法获得的人数。
11、 模糊控制是基于fuzzylogic为基础的方法。 LAZadeh的开创性工作于1965年，他在1973年开创性论文介绍了基于模糊算法，通过制定合理的规则控制算法的思想。在本文中提出的意见的基础上，于1981年制定的Mamdani模糊控制模型的第一。这就导致了模糊控制的工业应用。 模糊控制可以说是simplyas“的句子，而不是控制方程”（一月Jantsen1998）。它提供了一种算法来转换语言控制策略，基于专家知识成为自动控制策略。模糊控制器的一个重要组成部分，是一组规则的语言是所谓的规则基础。 1、如果错误是否定和误差变化为负值，则输出为负大。 2、如果错误是否定和误差变化为零，则输出为负
12、介质。 模糊规则，如果是在熟悉的，然后格式化和“如果方”是前提和所谓的“再端”称为随之。的身世和这些if - then规则的consequents都与（语言条件）模糊的概念，他们通常被称为模糊条件语句。一个模糊控制规则的模糊条件语句是在其中一个前提条件，是随之而来的是一个控制动作。 应执行的模糊控制器的控制规则和计算出被测信号的输入或条件而定。没有如根轨迹设计，极点配置设计，频率响应设计，或稳定的设计，因为这些规则往往是非线性和接近真实世界的模糊控制设计过程。非linearityis处理byrules，会员舰功能和推理过程。模糊逻辑模型描述的非线性控制器的开发和实时的PMDCM转速反馈控制测试
13、。速度反馈和模糊控制算法框图给出了图。 3。该测速发电机转子转速的实际措施提供输入到片上A / D转换器。在每个k个开关周期开始时，参考转速wref是与实际转速wact。该误差（E（k）及更改错误（CE认证（金）的转速值的模糊控制算法的输入，其定义为这些微控制器计算后片上A / D转换输入的权利。模糊控制算法分为三个模块：（1）模糊化，（2）决策或推理，（3）模糊化。 图3 驱动电路框图在模糊化模块，错误和错误的信号变化是由单身人士及他们的模糊数值转换成七个评价语言变量或子集：铅（正大），下午（正面中），聚苯乙烯（正小），泽（零），是NB（负大），新墨西哥州（负介质）和NS（负小）。模糊化模块
14、的计算出每一个对错误和实际值误差变化给语言变量的隶属度。这些三角形图中给出。第4A用于对会员职能的顺利运作。模糊变量的计算值用在他的决策过程。决策是推断，从控制规则和语言变量defidefini -系统蒸发散安泰。有七集的错误和七套的误差变化，因此，共49所规则服用整个控制表面，在紧凑的形式列于表1的地方。此规则表可以反映人类专家经验。对于每个错误和误差的变化，有两个重叠的成员，因此，所有的语言变量，但有两个埃布尔斯为零的成员。每两个重叠的误差和误差变化的会员资格将创建四个推论这四种推断结果results.The最多将有两部分，即组合中，权重因子无线和占空比的彝族变化程度。最小的Mamdani
15、模糊蕴涵规则用于获取权重因子。 这使每一个关系（李，1990）的隶属度。每个规则的推论输出的用户界面图4 （a）成员函数的误差和误差变化 （b）扩大对错误的隶属函数在x的点 在这里，彝族代表第i个成员定义输出变量函数质心规则，并且可以在一个查找注册的联合体，这是该应用程序的dutycycle输出变化快速acquisition.Membership功能表中，如图5所示。 根据输入，输出变量和规则表，分别在图中，隶属函数。第4A，5和表1，控制面代表性- tion如图6所示。 在去模糊化模块，输出清晰的价值被执行。虽然去模糊化过程有许多方法，采用加权平均法，因为这种应用这种方法操作很简单，计算发生在微控制器的计算过程更短的时间（巴特Kosko，1991;罗斯，1995）。去模糊化模块的输出可以表示为推断的输出结果，并从四个因素衡量每个规则中使用上述取得对占空比的变化脆值的公式。很显然，这种计算是刚果解放阵线最耗时的一部份，而计算复杂度。微控制器输出的
