1、基于TMS320F2812 DSPs的模糊自調整PID速度控制器的設計與實現摘要本文討論了如何將模糊自調整PID控制器應用在交流調速系統中,著重于TI公司的最新32位定點DSP如何實現基于TMS320F2812的控制器用C+語言模糊搜索方法.作者最后應用該控制器在MCK2812的PMSM速度可調整矢量控制器系統中.該控制器是Technosoft公司的運動控制的開發環境.結果表明該控制器明顯改進系統的動態特性和靜態特性.關鍵詞:模糊自校正PID控制器 TMS320F2812 交流調速緒論:近年來,人們逐漸將模糊自調整PID控制器應用在交流電機的速度控制中.對交流調速系統實現更高精度和更高速度的動

2、態特性和靜態特性更有效.但是交流調速運算法則對于實現系統模型的不耦合需要實現復合坐標變換, 模糊自調整PID控制器需要在線計算修正PID三個參數.所以人們為了確保程序的實時運行必須使用高性能的處理器。因此,最新的TI公司的32位定點DSP的TMS320F2812是運動控制領域中最好的DSP芯片。它的哈佛結構適合于極強的高速運算和信號處理,在芯片上的兩個事件管理能夠簡化外圍電路,因此它的作用是為交流速度可調整系統的模糊自調整PID控制算法的實現作保證.控制器的設計A,模糊自調整PID控制結構的要素交流速度可調整系統注意到電機轉動速度的控制性能,因此我們取轉動速度誤差和轉動速度誤差變化率來作為模糊

3、自調整PID控制器的輸入.PID三個參數的修正和是控制器的輸出變量.模糊自調整PID控制算法在線自調整PID的三個參數通過尋找PID三個參數,速度誤差和轉動速度誤差率以及模糊邏輯控制原理之間的模糊關系以此來滿足不同誤差和誤差變化率對PID參數不同的需求!如圖1所示,r(t)是參考輸入,e是速度誤差,e是速度誤差變化率,E和E是系統誤差和系統誤差變化率的反饋語言變量的模糊集.U(t)模糊PID控制器的最終輸出.Kp,Ki,Kd自調整的原理:根據被控對象在取樣時間內的誤差和誤差變化率,我們可以確定參數修正大小.兼顧控制對象的靜態特性(搞出或者低于給定值)和響應的動態特性(接近或者偏離給定值).它的

4、運算法則是轉換輸入變量為模糊變量,然后利用模糊法則知識匹配它們.如果它們符合一些規則,執行該規則的結果.傳統PID控制器的離散表達式如下:.Td是微分時間常量.關系式如下:Kp,Ki和Kd可以用下面的公式表達:Kp0,Ki0和Kd0是傳統PID參數. Kp, Ki和Kd是修正值B,模糊語言變量值的確定,隸屬函數和模糊控制規則1. 模糊語言變量值的確定當選用的語言變量值時,要兼顧控制法則的靈活性和簡單性和可行性的要求.本文以PMSM速度可調系統為例,兩個輸入語言變量E和E以及三個輸出語言變量和被定義為,它代表:負大,負小,靈,正小,正大.根據實際情況,E, 和積分區域為-6 -5 -4 -3 -

5、2 -1 0 1 2 3 4 5 6.語言變量值被分為五個變量模糊集如下:另外,我們需要使得連續區域轉換為積分區域,這個轉換可以通過下面的公式完成:A是Xl和Xh之間的一個連續區域.b是一個符合a的積分區域,q是模糊比例因數.模糊隸屬函數的形狀比較陡,精度比較高,對系統的魯棒性能比較好,當誤差接近零時我們用精度比較高的三角隸屬函數而當誤差比較大的時候,我們用精度比較低的高斯隸屬函數.在系統控制的過程中,考慮到推論時間和操作方法的簡便,我們用Mamdani的Max-Min合成方法來實現該推論.如果代替的隸屬函數,該法則的作用強度如下表達式:通過Mamdani的”取得較小的操作”,我們獲得該規則的

6、判定如下:根據以上的規則,獲得輸出狀態S的隸屬函數如下:反模糊化方法是一種重心法!我們可以獲得整型輸出如下:M是輸出量化指標,實際輸出可以從下面的公式得到:.b是-n到n之間的一個積分區域.a是Xl到Xh之間的一個連續區域.k是反模糊的比例因數.模糊自調整PID速度控制器的實現A,硬件設計2003年由TI公司提出的TMS320F系列芯片相比,TMS320F2812有一些獨特的特點如下:高性能的32位CPU,高性能的靜態CMOS技術-150MHZ1.8V的核心電壓,3.3V的I/O電壓,損耗非常低芯片上包含128K*16的flash存儲器和18K*16的SRAM以及4K的ROM,12位的ADC開

7、發工具包括:ANSI C/C+ 編譯器/匯編程序/連接器,代碼集成編譯環境IDE,DSP/BIOS,JTAG掃描控制器.程序開發員可以用例如C語言和C+高級語言開發程序,它將大大減少軟件設計周期和確保最高的匯編效率.事件管理核心和C240X系列是兼容一致的.所以C24X系列和240X系列的用戶可以方便的使用TMS3202812.以PMSM矢量控制速度可調整系統為例,系統硬件分為兩部分:320F2812芯片,存儲器,變壓芯片和外圍連口組成.驅動面板由IPM和相關部分組成.用語速度傳感器的編碼器通過芯片上的QEP電路獲得實際速度,Hall傳感器用于檢測主回路的電流, 取樣濾波后通過芯片上ADC發送

8、的信號.用于經過A/D轉換后電流反饋信號.B軟件設計TMS320F2812提供了C/C+語言,所以我們可以用C語言編程.為了簡化程序結構和減少計算量通過搜索模糊搜索平臺獲得.通過第二章的公式獲得模糊搜索平臺.1,偏移的確定模糊搜索平臺的整個搜索通過編程語言，關鍵是如何確定模糊搜索平臺中輸出的位置。模糊搜索平臺作為二維m*n，m=13。N=13。TMS320F2812芯片上數據存儲器根據一維空間順序表達，所以我們需要通過模糊搜索平臺轉換二維矩陣結構為一維數組，并且按照順序在存儲器中排列。因此，我們用“偏移起始位置”方法在存儲器中確定輸出的位置。偏移通過如下公式來確定：E位于積分區域中的誤差，E是

9、位于積分區域中的誤差變化率。例如：存儲器中輸出地址為：起始地址+372用C語言實現模糊PID控制器通過C語言實現模糊搜索平臺的搜索。我們定義三個數組分別代替Kp搜索平臺，Ki搜索平臺和Kd搜索平臺，例如：a169，b169c169。最后通過“輸出地址=數組的起始地址+偏移”獲得輸出。在使用程序語言的過程中實現模糊自調整PID控制器，我們必須注意以下幾個問題：模糊規則的限幅，輸入語言變量將被限制在-6到6之間。PID控制器輸出的限幅速度調整之后, 為了給下一個PID調整做為準備，流速誤差, 早期的誤差和更早期速度誤差變量它們的值必須互相交換。CCS2.2是用于TMS32-F2812程序開發環境的

10、。調試程序之前，我們需要為項目添加一個頭文件，C語言源文件和命令文件。在該程序中，模糊搜索平臺用地址區域為0x3f9000h-0x3fA000h的DRAMHO塊來定位。由于三個數組被作為局部變量定義，三個數組的起始地址是改變的。作為長度限制的結果，我僅僅列出了程序流程圖和核心源程序如下：仿真為了驗證該算法的可行性我們需要用Matlab/Simulink環境來仿真交流速度可調整系統。交流速度可調整系統的控制對象是PMSM，它的參數如下：矢量控制速度可調整算法應用在該系統中。傳統的PID控制器和模糊自調整PID控制器分別用在速度回路中。控制效果如下：結論：本文詳細描述了基于TMS320F2812 DSPs結構特征如何用C+語言編寫模糊自調整PID控制器程序，并且描述了模糊自調整P