直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中應(yīng)用歷史悠久。大功率直流調(diào)速系統(tǒng)通常采用三相全控橋式整流電路對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因?yàn)樵菀桌匣驮谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。

　　目前，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，其主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整方便、系統(tǒng)可靠性高、可采用數(shù)字濾波來提高系統(tǒng)的抗干擾性能、可采用數(shù)字反饋來提高系統(tǒng)的、具有信息存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)通信的功能以及成本低。

　　1 控制系統(tǒng)的控制方案

　　系統(tǒng)控制框圖如圖1所示，采用串級(jí)控制，分為轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）和電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）。為了提高系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和限流的必要性，電流環(huán)仍采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，而轉(zhuǎn)速則采用神經(jīng)元控制器，以提高其魯棒性。

    單神經(jīng)元自適應(yīng)PSD算法控制框圖見圖2。

　　2 單神經(jīng)元PSD自適應(yīng)控制算法

　　位置敏感器件PSD （Position Sensitive Device）。PSD 屬于半導(dǎo)體器件， 一般做成P+IN結(jié)構(gòu)，具有高靈敏度、高分辨率、響應(yīng)速度快和配置電路簡單等優(yōu)點(diǎn)， 其弱點(diǎn)主要是非線性。其工作原理是基于橫向光電效應(yīng)。作為新型器件， PSD 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在位置坐標(biāo)的測量上， 如： 兵器制導(dǎo)和跟蹤、工業(yè)自動(dòng)控制、或位置變化等技術(shù)領(lǐng)域上。

　　圖2中狀態(tài)轉(zhuǎn)換器的輸人為設(shè)定值r（k）和過程輸出y（k），轉(zhuǎn)換器的作用是獲得單神經(jīng)元的三個(gè)輸入量x1（k），x2（k），x3（k），在這里：

　　其中：Wi（k）（i=1,2,3）為對(duì)應(yīng)于神經(jīng)元輸入xi（k）的加權(quán)系數(shù)。

　　控制器總輸出為：

　　z（k）為教師信號(hào)，在這里取z（k）=e（k）。這是因?yàn)榭刂菩Ч饕ce（k）和△e（k）有關(guān)。為了保證學(xué)習(xí)算法的收斂性和控制的魯棒性，一般采用規(guī)范化學(xué)習(xí)算法以構(gòu)成單神經(jīng)元PSD控制規(guī)律，所以單神經(jīng)元自適應(yīng)PSD的控制算法如下：

　　系統(tǒng)主電路采用晶閘管三相全控橋式電路，控制電路主要由LM3S8962芯片構(gòu)成，一是完成速度脈沖的采樣、控制算法的實(shí)現(xiàn)和控制極脈沖的輸出等。二是完成起、停控制，鍵盤及顯示器接口等。系統(tǒng)硬件方框圖如圖3所示。

　　從LM3S8962芯片出來的PWM輸出信號(hào)，經(jīng)過光電隔離驅(qū)動(dòng)，送入晶閘管控制極，實(shí)現(xiàn)對(duì)全控橋的控制。

　　電流檢測回路采用霍爾電流傳感器CSNP661檢測直流電流Id,當(dāng)檢測到電流值超過設(shè)定的限幅值時(shí)ARM立即進(jìn)行中斷處理，封鎖輸出給晶閘管的PWM信號(hào)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

　　系統(tǒng)采用測速發(fā)電機(jī)測量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，把轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)分壓電阻送給ARM的ADC轉(zhuǎn)換輸入中斷。

　　4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件結(jié)構(gòu)：本系統(tǒng)軟件采用功能模塊設(shè)計(jì)方法，軟件由系統(tǒng)、主程序、中斷服務(wù)子程序及其他相關(guān)的子程序組成。

　　主程序主要完成芯片的初始化、變量的初始化等。

　　中斷程序主要包括ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷等幾個(gè)部分。

　　在串行口中斷中，主要完成與主機(jī)信息的傳輸，根據(jù)制定的串行通信協(xié)議，按照主機(jī)的命令進(jìn)行各種動(dòng)作。

　　在ADC中斷中，通過ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)值經(jīng)過計(jì)算得到當(dāng)前負(fù)載電流值，進(jìn)行電流環(huán)調(diào)節(jié)，每經(jīng)過一定次數(shù)電流環(huán)調(diào)節(jié)，就進(jìn)行速度環(huán)調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)按照要求進(jìn)行控制。

　　5 仿真實(shí)驗(yàn)

　　為檢驗(yàn)本系統(tǒng)的控制性能，對(duì)直流電機(jī)（額定數(shù)據(jù)：380 V,37 A,200 r/min）進(jìn)行了空載起動(dòng)和突加負(fù)載的仿真實(shí)驗(yàn)，得出電流和轉(zhuǎn)速的變化曲線如圖4和圖5所示。

　　6 結(jié)語

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制可靠，能保持快速響應(yīng)及無靜差和較小超調(diào)等優(yōu)良性能，采用了高性能高的ARM芯片的模糊控制器，能達(dá)到很高的控制。同時(shí)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可以通過串行口或者以太網(wǎng)與上位機(jī)通信。