Matlab與DSP混合實(shí)現(xiàn)無傳感器矢量控制

　　摘要: 本文介紹了一種采用 MATLAB及 CCS對(duì)異步電機(jī)無速度傳感器交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試的方法。應(yīng)用 MATLAB語言強(qiáng)大的分析能力和繪圖功能，與 DSP高速運(yùn)算的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，在自行搭建的無傳感器矢量控制系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了調(diào)速實(shí)驗(yàn)，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(jì)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(dòng)靜態(tài)調(diào)速控制性能。

　　Matlab是一個(gè)強(qiáng)大的分析、計(jì)算和可視化工具，特別適用于控制系統(tǒng)的分析和模擬，但由于其依賴的平臺(tái)是計(jì)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(duì)于高速信號(hào)的輸入/輸出顯得很慢，遠(yuǎn)不能滿足實(shí)時(shí)信號(hào)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(jì)算機(jī)的 CPU的編程設(shè)計(jì)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(jì)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(zhǎng)，有力的促進(jìn)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

　　伺服驅(qū)動(dòng)裝置是印刷機(jī)無軸傳動(dòng)[3]控制系統(tǒng)中重要的組成部分，國(guó)內(nèi)大部分產(chǎn)品是采用帶速度傳感器的專用變頻器調(diào)速，控制精度不高 [4]，而國(guó)外的產(chǎn)品價(jià)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)器的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，并且在自行搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(jì)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(dòng)靜態(tài)調(diào)速控制性能，很好地滿足了印刷機(jī)無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的要求。

　　2.無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)介紹

　　由于采用高性能的矢量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(shí)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(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)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(shí)，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(hào)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(shí)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(jì)，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(jì)算量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。