基于虛擬儀器的同步伺服系統PID模糊控制器設計

1.引言
顫振試飛歷來(lái)是飛機試飛最后關(guān)注的課題，因為它直接影響飛行安全。在顫振試飛實(shí)驗中，顫振激勵系統是顫振試飛的重要設備之一。
直流伺服系統作為驅動(dòng)單元，是顫振激勵及分析系統研制中技術(shù)難度和風(fēng)險較大的一環(huán)，涉及到同步控制、小型特種永磁無(wú)刷直流伺服電機技術(shù)等一系列問(wèn)題。本文以L(fǎng)abVIEW 7軟件為開(kāi)發(fā)平臺，運用LabVIEW 強大的數據采集功能及其PID和Fuzzy logic兩個(gè)工具箱為該伺服系統設計一個(gè)基于虛擬儀器的控制器，完成雙電機的同步控制。
2 基于虛擬儀器同步伺服系統控制器的設計
2.1 同步伺服系統的組成

位置——速度雙閉環(huán)直流伺服系統原理框圖
整個(gè)顫振激勵器的直流伺服系統原理框圖如圖1。該直流伺服系統主要實(shí)現雙電機的同步控制，包括實(shí)時(shí)位置同步、速度同步、差動(dòng)同步以及速度跟隨等功能，采用雙閉環(huán)控制。外環(huán)是位置閉環(huán)，利用NI公司的數據采集卡PCI6221的計數器與光電編碼器相結合檢測電機轉子的位置，引入位置閉環(huán)既可以較方便的采用先進(jìn)控制算法又可以將位置差通過(guò)同步控制算法形成控制信號以確保同步精度；內環(huán)是速度閉環(huán)，通過(guò)Mc33039芯片檢測轉子速度，引入速度閉環(huán)來(lái)提高直流伺服系統的響應速度，同時(shí)可以大大削弱系統參數變化的不利影響，抑制摩擦和間隙等非線(xiàn)性的不良作用，具有較高的抗干擾性能。
2.2 控制器的設計
2.2.1總體設計
控制器作為伺服系統的核心，將來(lái)自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、分析和加工，按照一定的程序給出相應的指令，從而控制整個(gè)系統有條不紊地運行，因而無(wú)疑對整個(gè)系統性能的優(yōu)劣起著(zhù)非常重要的作用。
PID控制算法是一種工業(yè)控制中廣泛應用的控制策略，傳統的PID控制器具有原理簡(jiǎn)單，設計簡(jiǎn)便，易于調整，穩態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，對具有線(xiàn)性、有確定模型的系統易于整定到最佳控制效果。但本文的顫振激勵系統的同步伺服系統是兩臺無(wú)刷直流電機，均為PWM調速，速度大小與調速電壓之間的關(guān)系顯然是非線(xiàn)性的。為此，首先在不同的調速電壓下做大量的試驗，來(lái)測定轉速，然后通過(guò)調速電壓、速度數據建立一個(gè)基本的數學(xué)模型；其次將兩路位置信號的差值形成的控制信號送入控制算法；最后在傳統PID控制器的基礎上應用模糊集合理論，設計一個(gè)基于簡(jiǎn)單模型的模糊PID控制器，能方便的實(shí)現參數的在線(xiàn)自整定，以達到較為理想的控制效果。
2.2.2電機的數學(xué)模型

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