無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的連通支配集求解算法

摘要：本文介紹了一種采用MATLAB及CCS對異步電機無(wú)速度傳感器交流調速系統進(jìn)行調試的方法。應用MATLAB語(yǔ)言強大的分析能力和繪圖功能,與DSP高速運算的優(yōu)勢相結合,在自行搭建的無(wú)傳感器矢量控制系統平臺進(jìn)行了調速實(shí)驗,實(shí)驗結果表明,采用Matlab調試及直接目標代碼生成的方法能避免傳統計算機模擬的復雜編程過(guò)程,減少了工作量,有助于提高系統的綜合效率, 且能夠保持系統良好的動(dòng)靜態(tài)調速控制性能。

1. 引言

Matlab 是一個(gè)強大的分析、計算和可視化工具，特別適用于控制系統的分析和模擬，但由于其依賴(lài) 的平臺是計算機及其CPU，因而由于CPU 系統功耗的原因，使得MATLAB 程序的執行速度相對于高速信 號的輸入/輸出顯得很慢，遠不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)信號處理的要求，而DSP 就其軟件的編程能力而言，與單片機 及計算機的CPU 的編程設計方法有類(lèi)似之處，但DSP 比單片機的運算速度快得多，又比CPU 的功耗及 設計復雜度低得多，但是其分析和可視化能力遠不及Matlab，開(kāi)發(fā)過(guò)程比較復雜。不過(guò)，目前有一種新 的技術(shù)，可以將DSP 和Matlab 兩者密切結合起來(lái)，充分利用兩者的特長(cháng)，有力的促進(jìn)控制系統的實(shí)現。

伺服驅動(dòng)裝置是印刷機無(wú)軸傳動(dòng)[3]控制系統中重要的組成部分，國內大部分產(chǎn)品是采用帶速度傳感器 的專(zhuān)用變頻器調速，控制精度不高[4]，而國外的產(chǎn)品價(jià)格又非常昂貴，由此，本文自行開(kāi)發(fā)了一套基于PI 調節器的無(wú)速度傳感器矢量控制系統，并且在自行搭建的實(shí)驗平臺進(jìn)行了調速實(shí)驗，在實(shí)驗過(guò)程中，運用 了Matlab 與DSP 混合編程的調試方法，實(shí)驗結果表明，采用Matlab 調試及直接目標代碼生成的方法能 避免傳統計算機模擬的復雜編程過(guò)程，減少了工作量，有助于提高系統的綜合效率, 且能夠保持系統良好 的動(dòng)靜態(tài)調速控制性能，很好地滿(mǎn)足了印刷機無(wú)軸傳動(dòng)控制系統的要求。

2. 無(wú)速度傳感器矢量控制系統介紹

由于采用高性能的矢量控制方法且缺省了速度傳感器，那么如何準確的獲取轉速信息，且保持伺服系 統較高的控制精度，滿(mǎn)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 自適應控 制方法 [9] ，利用在同步軸系中q 軸電流的誤差信號實(shí)現對電機速度的估算 [9-10] ，整體結構如圖1 所示。 角速度給定值ω*與推算角速度反饋值ω 的誤差送入速度調節器，速度調節器的輸出即為電磁轉矩的給定 值te*，由iq1 = LrTe/PmLmФd2 可以計算出電流的q 軸分量給定值iq1*，當q 軸電流沒(méi)達到設定值時(shí)，可由 Rs 產(chǎn)生的q 軸電壓和ω1σLs 產(chǎn)生的d 軸電壓來(lái)調節。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 調節器調節器的輸出 uq1’為定子電流q 軸分量誤差引起定子電壓q 軸分量的調節量。

圖1 算法原理結構框圖

其中速度推算模塊以不含有真實(shí)轉速的轉子磁鏈方程以及坐標變換方程作為參考模型，以含有待辨識 轉速的PI 自適應律為可調模型，以定子電流轉矩分量作為比較輸出量，采用比例積分自適應律進(jìn)行速度估 計，經(jīng)過(guò)PI 調節后，輸出量就是待求的電機轉速。這種方法計算量小，結構簡(jiǎn)單，容易實(shí)現。

3. Matlab 與DSP 混合編程的調試方法

在傳統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，總是先用MATLAB 進(jìn)行仿真。當仿真結果滿(mǎn)意時(shí)再把算法修改成C/C++語(yǔ) 言， 再在硬件的DSP 目標板上實(shí)現。發(fā)現偏差，需要再用Matlab 對算法進(jìn)行修正，再在DSP 上編寫(xiě)修 正的算法程序。如此過(guò)程反復進(jìn)行，在DSP 的開(kāi)發(fā)工具、Matlab 工作空間之間來(lái)回多次切換，非常不 便，當系統比較復雜時(shí)，還需要分步驗證各個(gè)中間結果和最終結果。

如果能夠把Matlab 和DSP 集成開(kāi)發(fā) 環(huán)境CCS 及目標DSP 連接起來(lái)，利用Matlab 的分析能力來(lái)調試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(jiǎn)單。工具包Matlab Link for CCS Development Tools 的 使用，可以使上述問(wèn)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(gè)目標DSP 對于Matlab 像透明的一樣，所有操作只利用Matlab 命令和對象來(lái)實(shí)現，簡(jiǎn)單、方便、 快 捷。以下用調試上述無(wú)速度傳感器矢量控制系統的例子來(lái)說(shuō)明Matlab-DSP 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境在控制系統中的 應用。 在Matlab 命令窗口中輸入Simulink， 打開(kāi)Simulink 模塊窗，建立異步電動(dòng)機矢量控制變頻調速系 統的模型[12]，如圖2 所示，結構簡(jiǎn)單明了，全部實(shí)現模塊化，容易擴展，可以根據實(shí)際需要，改變每一模 塊的參數。

圖2 算法原理結構框圖