開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)二維伺服系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)
俞普德，陳昊，邱 亮
（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，江蘇徐州22008）
摘要：介紹了雙開(kāi)關(guān)磁阻伺服電動(dòng)機(jī)并聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及二維伺服原理，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)給出了一個(gè)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)位置伺服的模糊控制策略，并對(duì)樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，該控制策略不但可行，而且運(yùn)行效果良好。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)；二維伺服；模糊控制
中國(guó)分類號(hào)：tm 352文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1673-6540(2010)04-0017-04
0 引 言
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)( srm)二維伺服系統(tǒng)，就是用兩臺(tái)srm分別在蓋軸方向和l，軸方向作伺服運(yùn)動(dòng)，而這兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一個(gè)對(duì)象，使被控對(duì)象在x-y平面上作任意曲線運(yùn)動(dòng)。srm的高度非線性及變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)的特性，使其在伺服領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中受到限制，采用傳統(tǒng)的pid控制已經(jīng)不能從根本上解決非線性問(wèn)題。基于模糊控制不需要被控系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模剄，本文采用該控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)二維伺服運(yùn)動(dòng)。
1 系統(tǒng)組成
本試驗(yàn)所用的srm二維伺服系統(tǒng)，包括兩臺(tái)三相12/8結(jié)構(gòu)的srm，兩個(gè)三相雙開(kāi)關(guān)式功率變換器，兩個(gè)控制器及一個(gè)上位機(jī)。本系統(tǒng)中，置軸方向控制器為tms320f28335浮點(diǎn)系列數(shù)字信號(hào)處理器( dsp)，y軸方向控制器為tms320f2812定點(diǎn)系列dsp。srm二維伺服系統(tǒng)示意圖如圖l所示。
整個(gè)二維伺服系統(tǒng)分為x、y軸方向兩個(gè)系統(tǒng)，其中x軸方向控制器作為主控制器，y軸方向控制器作為從控制器。每個(gè)系統(tǒng)都有獨(dú)立的硬件系統(tǒng)，包括：控制器( dsp)、功率變換器及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路、硬件保護(hù)電路、電流和位置檢測(cè)器等。只要在兩個(gè)控制器中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)囂，即可進(jìn)行二維伺服系統(tǒng)的運(yùn)行。
整個(gè)二維伺服系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，x，y軸方向控制器運(yùn)行如下：x軸方向控制器方面，dsp接收上位機(jī)的二維坐標(biāo)后，根據(jù)相臆的算法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電壓的分配，然后將y軸坐標(biāo)及分配的電壓值傳給y軸方向控制器，接收到從y軸方向控制器返回確認(rèn)信息后起動(dòng)二維伺服系統(tǒng)，并將當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)發(fā)送給上位機(jī)；y軸方向控制器方面，r軸方向控制器接收到y(tǒng)軸坐標(biāo)和驅(qū)動(dòng)電壓值后運(yùn)行l(wèi)，軸伺服系統(tǒng)，并向x軸控制器發(fā)送確認(rèn)信息，接收到主機(jī)發(fā)送的起動(dòng)信號(hào)后起動(dòng)從機(jī)，并將運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)反饋給主dsp，從而實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)的協(xié)作運(yùn)行。
本系統(tǒng)不僅要求主控制器給從控制發(fā)送y軸坐標(biāo)，同時(shí)也要接受從控制器的當(dāng)前運(yùn)行情況。因此，兩個(gè)系統(tǒng)之間的信息必須采用雙向傳遞。為滿足通信要求，系統(tǒng)采用多通道緩沖串行口( mcbsp)實(shí)現(xiàn)通信，兩著的引腳連接如圖2所示。
其中，mcbsp主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)為兩級(jí)緩沖，從機(jī)接受數(shù)據(jù)為三級(jí)緩沖。
2控制策略
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是二維伺服，設(shè)計(jì)目標(biāo)就是在各種位置給定情況下最快到達(dá)給定位置。針對(duì)srm的高度非線性及變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)的特性，本系統(tǒng)采用模糊控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)二維伺服控制。
互軸方向采用常規(guī)的加速度控制策略，因?yàn)橐C合考慮x、y軸方向給定不同時(shí)，如何最快到達(dá)給定目標(biāo)（****情況下同時(shí)到達(dá)），所以要對(duì)y軸方向進(jìn)行相應(yīng)的伺服控制。
y軸的伺服過(guò)程分加速、模糊控制和制動(dòng)三個(gè)階段。制動(dòng)過(guò)程中為防止過(guò)制動(dòng)導(dǎo)致反向運(yùn)行，當(dāng)速度降到某個(gè)值ωd后，撇去所加激勵(lì)，讓電機(jī)靠一展性減速，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置達(dá)到指令角位最后實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車，整個(gè)伺服過(guò)程角速度變化曲線示意圖如圖3(a)所示。伺服給定位置較小的情況下，整個(gè)運(yùn)行階段只分為起動(dòng)階段和制動(dòng)階段，如圖3(b)所示。
圖3(a)中：i為起動(dòng)階段；ⅱ為運(yùn)行階段（模糊控制）；ⅲ為反向制動(dòng)階段；ⅳ為慣性運(yùn)行階段。圖3(b)中：i為起動(dòng)階段；ⅱ為反向制動(dòng)階段；ⅳ為慣性運(yùn)行階段 |
