图3为电流环控制框图,R-电机电枢电阻,Tm-电机时常数。Ks-功率放大器电压放大系数。电流环设计的参数:PI调节器,一阶无静差;输出最大电流≥0.63 A,反馈系数为15.873;带宽≥30 Hz;τi选为电机等效时常数。
2.2 速度环控制
速度环是位置环的重要内环路,速度闭环可改善控制对象的线性度,提高速度控制精度,改善电网电压等对电机转速的影响,提高抗干扰能力,改善系统性能。
转子旋转一周的时间内,霍尔传感器输出3路180°的交叠信号,电动机每转动60°就有一次换相,只要检测两次换相的时间间隔就能计算出电机的电感的单位速度。
2.3 位置环控制
位置环是通过安装在电机转轴上的电位器实现塑封电感闭环的控制环路,位置环路的控制对象是电流环和传动机构。由电位器测得的电压信号经过信号解调和AD转换得到位置反馈信号。由于位置环具有很大的不确定性,加之被控对象的非线性以及系统参数的时变性等,为了减小电机在运行过程中积分校正对系统动态性能的影响,本系统对位置环采用积分分离的PID算法。如图4所示,积分分离法是在误差量较大时,不进行积分,直至误差达到一定值之后,才在控制量的计算中加入积分累积。算法为:
3 系统软件实现
伺服控制系统的软件采用模块化设计,使软件组织灵活有序,插件电感器便于调整、修改和移植。DSP程序主要由主程序,信号采集与输出程序,PID算法程序,串口通信程序,滤波程序等组成。主程序首先是DSP的初始化,包括设置系统时钟、定时器、系统状态寄存器、设置IO端口。然后初始化中断设置,确定系统所需要用到的中断类别及中断子程序,再设置事件管理器,产生PWM波。图5为积分分离的PID程序流程图,用积分分离的改进算法效果较好,程序简单。
4 结束语
本文设计了一种基于TMS320F2812DSP的无刷直流电机伺服控制系统,采用积分分离的PID控制算法,根据偏差,对不同情况进行不同的PID控制,并对系统的硬件设计以及控制算法进行了研究。试验结果表明,系统响应快,性能稳定,能较好的满足伺服系统的电感器生产控制性能要求。
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