基于DSP的神經(jīng)自適應(yīng)模糊控制器的應(yīng)用

摘 要 模糊控制器應(yīng)用在許多領(lǐng)域，但由于其控制參數(shù)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致其控制效果達(dá)不到控制要求。本文提出了一種將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制器相結(jié)合的方法，并應(yīng)用于基于DSP的變頻調(diào)速系統(tǒng)中。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后，從仿真結(jié)果可以得出：該系統(tǒng)具有較好的控制性能，且能達(dá)到較高的控制精度。

關(guān)鍵詞 DSP；神經(jīng)自適應(yīng)模糊控制；MATLAB仿真

中圖分類號(hào) TM346 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)071-0190-01

模糊控制具有較強(qiáng)的不確定性知識(shí)表達(dá)能力，但其自學(xué)習(xí)能力比較困難；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，但其對(duì)不確定知識(shí)的表達(dá)能力比較困難。因此針對(duì)雙方的特點(diǎn)相互借鑒和利用，形成的新的結(jié)構(gòu)體系——模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這種新技術(shù)充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，在線調(diào)整模糊規(guī)則，使模糊控制在保持其較強(qiáng)的知識(shí)表達(dá)能力的同時(shí)，并能提高其自適應(yīng)能力。

1 神經(jīng)自適應(yīng)模糊控制器

神經(jīng)自適應(yīng)模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中，nr為速度給定值，nf為速度反饋值，e為速度偏差，E為轉(zhuǎn)速偏差，u為輸出控制量，K1，K2分別是E和ΔE的量化因子，K3為u的比例因子。

對(duì)于模糊控制器來(lái)說(shuō)，提高控制性能的關(guān)鍵是調(diào)整控制規(guī)則，可由u≈-（E+ΔE）/2來(lái)近似歸納其控制查詢表。本文在此基礎(chǔ)上引入一個(gè)加權(quán)系數(shù)α，因此又可表示為u≈[αE+（1-α）ΔE]，通過(guò)調(diào)整α值，可以改變E、ΔE對(duì)u的加權(quán)程度，使控制規(guī)則的調(diào)整變得更為方便，從而提高控制性能。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分采用TMS320LF2407A來(lái)實(shí)現(xiàn)智能速度控制，系統(tǒng)由主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)隔離電路和保護(hù)電路等組成。主電路采用交—直—交的間接變頻裝置；逆變部分采用IPM功率模塊來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電路；控制回路包括DSP、LED顯示電路、鍵盤(pán)接口電路、電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和位置檢測(cè)電路等。為了以防加電瞬間沖擊，過(guò)流、過(guò)壓等故障損壞整流模塊和IPM模塊， 系統(tǒng)在主電路設(shè)置了充、放電電阻和泄能回路。

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)

系統(tǒng)程序包括主程序和兩個(gè)中斷服務(wù)子程序。主程序主要負(fù)責(zé)DSP初始化、速度環(huán)運(yùn)算及故障診斷工作；PWM中斷程序主要負(fù)責(zé)AD轉(zhuǎn)換、SPWM輸出以及串行通信等；串行口中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)電機(jī)參數(shù)的接收。

為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，對(duì)整個(gè)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用型號(hào)為Y160M2-2的異步電動(dòng)機(jī)，主要參數(shù)為：額定功率1.2 kw，額定轉(zhuǎn)速1420 r/min，額定電流3.8 A，額定電壓380 V。本文同時(shí)給出了神經(jīng)自適應(yīng)模糊控制器和傳統(tǒng)PID控制器的仿真響應(yīng)曲線，以便于性能比較。仿真結(jié)果如下圖所示。

通過(guò)比較兩者的響應(yīng)曲線可以看出，神經(jīng)自適應(yīng)模糊控制速度調(diào)節(jié)器，在動(dòng)態(tài)性能方面，其轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線更為平滑，超調(diào)量更?。环€(wěn)態(tài)性能方面，其穩(wěn)態(tài)誤差明顯小于傳統(tǒng)PID控制，說(shuō)明其穩(wěn)態(tài)性能要優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，有效地解決了單純模糊控制中控制規(guī)則太固定這一問(wèn)題，控制精度得到有效的提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)有較好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，其轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線更為平滑，超調(diào)量更小。

圖2 傳統(tǒng)PID速度調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線

圖3 神經(jīng)自適應(yīng)模糊控制速度調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線

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作者簡(jiǎn)介

趙金憲（1970—），男，教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師。