基于TMS320F28335芯片的機(jī)械臂的永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4532基于TMS320F28335芯片的機(jī)械臂的永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析案例 1123001.1硬件部分介紹 171141.2機(jī)械臂伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 2319821.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 2169881.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 21.1硬件部分介紹以28335芯片為核心處理器，機(jī)械臂的永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的DSP28335硬件電路結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。圖中涉及到以下重要模塊：eCAN模塊，該模塊可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)PC的通訊；PWM模塊可以通過(guò)改變占空比來(lái)生成相應(yīng)的六路方波輸出；IPM功率模塊，能夠?qū)WM模塊的六路方波輸出轉(zhuǎn)換成三相交流電流來(lái)控制電機(jī)；ADC模塊可以用來(lái)進(jìn)行溫度與電流的采樣。旋變解碼芯片（RDC）可以完成對(duì)電機(jī)的實(shí)時(shí)位置以及轉(zhuǎn)速解碼，并通過(guò)SPI模塊將位置與轉(zhuǎn)速的值發(fā)送給CPU。圖5-128335芯片硬件結(jié)構(gòu)圖1.2機(jī)械臂伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介在本次實(shí)驗(yàn)中,主要用到了以下設(shè)備：表貼式永磁同步電機(jī)、28335芯片控制器、直流穩(wěn)壓電源、CAN卡、減速機(jī)構(gòu)以及機(jī)械臂?？刂破饔芍绷鞣€(wěn)壓電源輸出24V電源進(jìn)行供電，CAN卡可以實(shí)現(xiàn)控制器與上位機(jī)的通訊。減速機(jī)構(gòu)減速比為1:80，機(jī)械臂負(fù)載重5kg，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖5-2所示。圖5-2機(jī)械臂、電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)（左）控制器（右）1.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析由于仿真時(shí)所用的電機(jī)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)時(shí)的參數(shù)有所出入，因此在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中以實(shí)驗(yàn)電機(jī)的參數(shù)為準(zhǔn)，并修改了控制器參數(shù)。對(duì)四種控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)給定正弦信號(hào)幅值為15，頻率從0.1HZ到1HZ逐漸增大。前饋控制中轉(zhuǎn)速衰減系數(shù)和電流衰減系數(shù)分別設(shè)為0.93和0.3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在MATLAB中得到了四種位置跟隨曲線：傳統(tǒng)三閉環(huán)PI控制系統(tǒng)圖5-3傳統(tǒng)三閉環(huán)控制系統(tǒng)跟隨曲線如圖所示，隨著正弦信號(hào)頻率的增加，傳統(tǒng)三閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制性能變差，系統(tǒng)響應(yīng)速度逐漸無(wú)法跟隨給定信號(hào)的變化速度，幅值衰減嚴(yán)重。模糊控制系統(tǒng)圖5-4模糊控制系統(tǒng)跟隨曲線對(duì)比傳統(tǒng)三閉環(huán)控制曲線，模糊控制系統(tǒng)控制性能有略微改善，然而一旦正弦頻率增大，系統(tǒng)仍然不能完全跟隨上給定正弦信號(hào)的幅值。前饋控制系統(tǒng)圖5-5前饋控制系統(tǒng)跟隨曲線由圖5-5所示，前饋控制對(duì)系統(tǒng)位置環(huán)跟蹤性能的提升程度很大。給定頻率增大，系統(tǒng)依然能夠快速跟隨上給定信號(hào)，但仍然存在微小的跟隨誤差。模糊前饋控制系統(tǒng)圖5-6模糊前饋控制系統(tǒng)跟隨曲線由于性能差距細(xì)微，單從圖5-6中無(wú)法看出模糊前饋控制系統(tǒng)相較于前饋系統(tǒng)的性能提升。為此，在MATLAB中生成對(duì)比圖來(lái)觀察兩者區(qū)別：圖5-7前饋控制（實(shí)線）與模糊前饋控制（虛線）跟隨曲線對(duì)比圖可見(jiàn)模糊前饋控制系統(tǒng)確實(shí)在前饋控制的基礎(chǔ)上性能有所提升，但是提升程度不大，綜合來(lái)看是三種控制策略中控制性能最好的一種。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了上述三種控制策略能夠在不同程度上提