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MATLAB-DSP在無傳感器矢量控制中的應(yīng)用

作者: 時間:2010-03-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1.引言

  Matlab是一個強(qiáng)大的分析、計算和可視化工具,特別適用于系統(tǒng)的分析和模擬,但由于其依賴的平臺是計算機(jī)及其 CPU,因而由于 CPU系統(tǒng)功耗的原因,使得 MATLAB程序的執(zhí)行速度相對于高速信號的輸入/輸出顯得很慢,遠(yuǎn)不能滿足實(shí)時信號處理的要求,而 DSP就其軟件的編程能力而言,與單片機(jī)及計算機(jī)的 CPU的編程設(shè)計方法有類似之處,但 DSP比單片機(jī)的運(yùn)算速度快得多,又比 CPU 的功耗及設(shè)計復(fù)雜度低得多,但是其分析和可視化能力遠(yuǎn)不及 Matlab,開發(fā)過程比較復(fù)雜。不過,目前有一種新的技術(shù),可以將 DSP和 Matlab兩者密切結(jié)合起來,充分利用兩者的特長,有力的促進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/163198.htm

  伺服驅(qū)動裝置是印刷機(jī)無軸傳動[3]系統(tǒng)中重要的組成部分,國內(nèi)大部分產(chǎn)品是采用帶速度的專用變頻器調(diào)速,控制精度不高 [4],而國外的產(chǎn)品價格又非常昂貴,由此,本文自行開發(fā)了一套基于 PI調(diào)節(jié)器的無速度控制系統(tǒng),并且在自行搭建的實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了調(diào)速實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)過程中,運(yùn)用了 Matlab與 DSP混合編程的調(diào)試方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用 Matlab調(diào)試及直接目標(biāo)代碼生成的方法能避免傳統(tǒng)計算機(jī)模擬的復(fù)雜編程過程,減少了工作量,有助于提高系統(tǒng)的綜合效率 , 且能夠保持系統(tǒng)良好的動靜態(tài)調(diào)速控制性能,很好地滿足了印刷機(jī)無軸傳動控制系統(tǒng)的要求。

  2.無速度控制系統(tǒng)介紹

  由于采用高性能的控制方法且缺省了速度傳感器,那么如何準(zhǔn)確的獲取轉(zhuǎn)速信息,且保持伺服系統(tǒng)較高的控制精度,滿足實(shí)時控制的要求,也就成為本課題研究的重要方向。在這里我們采用 PI自適應(yīng)控制方法 ,利用在同步軸系中 q軸電流的誤差信號實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度的估算 ,整體結(jié)構(gòu)如圖 1所示。角速度給定值 ω*與推算角速度反饋值 ω的誤差送入速度調(diào)節(jié)器,速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電磁轉(zhuǎn)矩的給定值 Te*,由 iq1 = LrTe/PmLmФd2可以計算出電流的 q軸分量給定值 iq1*,當(dāng) q軸電流沒達(dá)到設(shè)定值時,可由 Rs產(chǎn)生的 q軸電壓和 ω1σLs產(chǎn)生的 d軸電壓來調(diào)節(jié)。因此,iq1*與定子電流 q軸分量的實(shí)際值 iq1的誤差信號送入 PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的輸出 uq1’為定子電流 q軸分量誤差引起定子電壓 q軸分量的調(diào)節(jié)量。

  其中速度推算模塊以不含有真實(shí)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子磁鏈方程以及坐標(biāo)變換方程作為參考模型,以含有待辨識轉(zhuǎn)速的 PI自適應(yīng)律為可調(diào)模型,以定子電流轉(zhuǎn)矩分量作為比較輸出量,采用比例積分自適應(yīng)律進(jìn)行速度估計,經(jīng)過 PI調(diào)節(jié)后,輸出量就是待求的電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種方法計算量小,結(jié)構(gòu)簡單,容易實(shí)現(xiàn)。


  3. Matlab與 DSP混合編程的調(diào)試方法

  在傳統(tǒng)的開發(fā)過程中,總是先用 MATLAB進(jìn)行仿真。當(dāng)仿真結(jié)果滿意時再把算法修改成 C/C++語言,再在硬件的 DSP目標(biāo)板上實(shí)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)偏差,需要再用 Matlab對算法進(jìn)行修正,再在 DSP上編寫修正的算法程序。如此過程反復(fù)進(jìn)行,在 DSP的開發(fā)工具、 Matlab工作空間之間來回多次切換,非常不便,當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時,還需要分步驗(yàn)證各個中間結(jié)果和最終結(jié)果。如果能夠把 Matlab和 DSP集成開發(fā)環(huán)境 CCS及目標(biāo) DSP連接起來,利用 Matlab的分析能力來調(diào)試 DSP代碼,那么操作 TI DSP的存儲器或者寄存器就可以像操作 Matlab變量一樣簡單。工具包 Matlab Link for CCS Development Tools的使用,可以使上述問題迎刃而解,利用此工具箱,在 Matlab環(huán)境下,就可以完成對 CCS的操作,即整個目標(biāo) DSP對于 Matlab像透明的一樣,所有操作只利用 Matlab命令和對象來實(shí)現(xiàn),簡單、方便、快捷。以下用調(diào)試上述無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的例子來說明 Matlab-DSP集成開發(fā)環(huán)境在控制系統(tǒng)中的。在 Matlab命令窗口中輸入 Simulink,打開 Simulink模塊窗,建立異步電動機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的模型,如圖 2所示,結(jié)構(gòu)簡單明了,全部實(shí)現(xiàn)模塊化,容易擴(kuò)展,可以根據(jù)實(shí)際需要,改變每一模塊的參數(shù)。


  接下來設(shè)置仿真參數(shù)和 Real-Time Workshop選項(xiàng),編譯仿真模型。并利用 Matlab Link for CCS Development Tools建立與目標(biāo) DSP的連接。利用 CCSLink工具,可以把數(shù)據(jù)從 CCS中傳送到 Matlab工作空間中,也可以把 Matlab中的數(shù)據(jù)傳送到 CCS中,而且通過 RTDX(實(shí)時數(shù)據(jù)技術(shù)),可以在 Matlab和實(shí)時運(yùn)行的 DSP硬件之間建立連接,在它們之間實(shí)時傳送數(shù)據(jù)而不使正在 DSP上運(yùn)行的程序停止,這項(xiàng)功能可以在程序運(yùn)行期間為我們提供一個觀察 DSP實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)的窗口,大大簡化了調(diào)試工作。Matlab、CCSlink、CCS和硬件目標(biāo) DSP的關(guān)系如圖 3所示。


  


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