基于永磁同步電機(jī)的機(jī)械臂三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)探究目錄TOC\o"1-3"\h\u714摘要 3928一．緒論： 5255581.1課題背景 5111091.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5302931.2.1永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀 5251161.2.2位置控制策略的研究現(xiàn)狀 6257771.2.3DSP芯片在永磁同步電機(jī)上的應(yīng)用現(xiàn)狀 8184661.3本文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 825965二．永磁同步電機(jī)及其三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)介紹 9233302.1永磁同步電機(jī)簡(jiǎn)介 9255882.2永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 10214022.3坐標(biāo)變換方法 12201012.4SVPWM介紹 1319532.5三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 142146三．機(jī)械臂三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)仿真 15176193.1三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)模型建立及參數(shù)設(shè)置 15190933.2機(jī)械臂位置前饋控制系統(tǒng) 19252193.3機(jī)械臂位置模糊控制系統(tǒng) 22204273.4機(jī)械臂位置滑?？刂葡到y(tǒng) 2858033.5滑模控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題 32194753.6機(jī)械臂模糊前饋控制系統(tǒng) 3511058四．軟件設(shè)計(jì) 37305944.1TMS320F28335芯片簡(jiǎn)介 37241864.2軟件框架 39274034.2.1主程序設(shè)計(jì) 39208274.2.2ePWM模塊配置 40187054.2.3ADC模塊配置 41138114.2.4DMA模塊配置 41141944.2.5SPI與RDC模塊配置 42199544.3中斷程序設(shè)計(jì) 4379784.3.1ePWM中斷設(shè)計(jì) 43318194.3.2定時(shí)器中斷設(shè)計(jì) 4514644.4位置前饋控制程序設(shè)計(jì) 4534464.5位置模糊控制程序設(shè)計(jì) 4614049五．基于TMS320F28335的實(shí)驗(yàn)及分析 48129585.1硬件部分介紹 48270365.2機(jī)械臂伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 49203425.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 4984735.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 4930606六.總結(jié)與展望 5221316參考文獻(xiàn) 55摘要隨著機(jī)器人領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，機(jī)械臂作為一種高操作靈活性的自動(dòng)化設(shè)備，在工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域中有著不少的應(yīng)用。機(jī)械臂通常運(yùn)用于高精度的控制系統(tǒng)中，因此對(duì)機(jī)械臂的位置控制要求很高。為了保證機(jī)械臂的精確化控制，可以使用永磁同步電機(jī)的三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制。然而，傳統(tǒng)的三閉環(huán)伺服控制已經(jīng)無(wú)法滿足其高精度的要求，需要通過(guò)使用各種控制策略來(lái)改善系統(tǒng)的位置控制精度。本文基于永磁同步電機(jī)的三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了四種位置控制策略，搭建了仿真模型，并使用TMS320F28335芯片作為控制電路核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械臂控制系統(tǒng)控制性能的改善。在查閱國(guó)內(nèi)外與永磁同步電機(jī)控制策略有關(guān)的文獻(xiàn)之后，對(duì)位置前饋控制、模糊控制、滑模控制以及前饋模糊控制進(jìn)行了深入研究。在傳統(tǒng)位置伺服控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合控制策略，根據(jù)其控制原理對(duì)系統(tǒng)的三個(gè)閉環(huán)進(jìn)行詳細(xì)地分析和運(yùn)算，設(shè)計(jì)出了四種機(jī)械臂控制系統(tǒng)，并在MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)上建立了相應(yīng)的仿真模型。仿真結(jié)果顯示，這四種控制策略都能夠提高機(jī)械臂控制系統(tǒng)的控制性能。隨后，在TMS320F28335的專用開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，編寫了機(jī)械臂的三閉環(huán)控制程序，同時(shí)在程序中實(shí)現(xiàn)了上述控制策略。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了這些控制方法能夠在不同程度上提升機(jī)械臂控制系統(tǒng)的控制精度及響應(yīng)速度。關(guān)鍵詞：機(jī)械臂，永磁同步電機(jī)，三閉環(huán)PI控制，位置控制策略，TMS320F28335緒論：1.1課題背景近年來(lái)，現(xiàn)代控制與微電子技術(shù)高速發(fā)展，機(jī)械臂逐漸成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中使用最廣泛的自動(dòng)化裝置。目前，機(jī)械臂已經(jīng)滲透到各種領(lǐng)域中。在醫(yī)療領(lǐng)域，使用醫(yī)療機(jī)械臂可以幫助傷者康復(fù)患肢；在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)械臂可以代替人來(lái)進(jìn)行焊接、搬運(yùn)、噴涂等工作；在航天領(lǐng)域，機(jī)械臂可以實(shí)現(xiàn)輔助對(duì)接、空間碎片清理、維修等空間任務(wù)。雖然每種機(jī)械臂的樣式不盡相同，但它們的工作原理都是通過(guò)接受系統(tǒng)給出的指令，然后在實(shí)際空間中進(jìn)行精確的作業(yè)。永磁同步電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效且具有調(diào)速范圍寬、可實(shí)現(xiàn)高精度定位等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械臂、混合動(dòng)力汽車、軌道交通[1]等高性能的伺服控制領(lǐng)域。而對(duì)于機(jī)械臂的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般會(huì)采用三閉環(huán)伺服控制。永磁同步電機(jī)的三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)以及電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上增加一個(gè)位置閉環(huán)，通過(guò)位置閉環(huán)來(lái)精確地控制電機(jī)的運(yùn)行，以此來(lái)控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。但是，傳統(tǒng)的三閉環(huán)PI控制系統(tǒng)無(wú)法對(duì)機(jī)械臂控制實(shí)現(xiàn)非常精確的位置跟蹤。因此，針對(duì)傳統(tǒng)三閉環(huán)PI控制定位精度低、響應(yīng)慢的缺陷，研究不同的位置控制策略，可以提高系統(tǒng)對(duì)位置跟蹤的響應(yīng)速度和位置精度，充分地提升永磁同步電機(jī)三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)械臂的控制性能。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀目前，永磁材料性能不斷提高和成本不斷降低，電力電子器件市場(chǎng)也正在高速發(fā)展，對(duì)于永磁電機(jī)的研究逐漸走向成熟[2]。而隨著對(duì)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能要求的不斷提高，國(guó)外的科學(xué)家基于對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的快速動(dòng)態(tài)性能和高效率的要求，提出了現(xiàn)代永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)方法，以此為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出高效率、高力矩慣量比、高能量密度的永磁同步電機(jī)[3]。而近年來(lái)微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又使得永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的全數(shù)字控制也取得了很大的發(fā)展。永磁同步電機(jī)的三閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)因?yàn)槠湫矢?、精度高、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，有著非常廣泛的應(yīng)用。除了傳統(tǒng)的三閉環(huán)控制之外，模糊控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制等一系列控制策略被運(yùn)用在了永磁同步電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)中，顯著地提高了伺服系統(tǒng)的控制性能。不僅如此，專家們還在探索如何混合使用以上控制方法，例如模糊前饋控制，模型參考自適應(yīng)模糊混合控制等復(fù)合控制策略也被設(shè)計(jì)出來(lái)，應(yīng)用在三閉環(huán)控制系統(tǒng)中。而隨著現(xiàn)代化設(shè)備的不斷發(fā)展，對(duì)永磁同步電機(jī)的控制性能要求也不斷提高。因此，使用何種控制策略、如何恰當(dāng)?shù)乩迷摽刂撇呗詠?lái)提升永磁同步電機(jī)的控制性能成為了一大研究難題。1.2.2位置控制策略的研究現(xiàn)狀前饋控制是一種根據(jù)給定值或者擾動(dòng)的變化對(duì)控制變量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊环N控制方法。在永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)中，前饋控制的實(shí)現(xiàn)形式有很多。國(guó)內(nèi)學(xué)者將速度環(huán)進(jìn)行前饋補(bǔ)償，把反饋回來(lái)的負(fù)載擾動(dòng)補(bǔ)償速度環(huán)的輸出[4]；還有學(xué)者對(duì)位置環(huán)和速度環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，推算出合理的微分傳遞函數(shù)來(lái)對(duì)位置環(huán)作前饋控制，通過(guò)位置給定來(lái)預(yù)測(cè)速度并進(jìn)行補(bǔ)償[5]。文中主要嘗試將位置給定值進(jìn)行一次微分得到速度信號(hào)補(bǔ)償給速度環(huán)，再進(jìn)行二次微分得到加速度信號(hào)補(bǔ)償給電流環(huán)，這樣便形成了一種位置前饋控制策略。模糊控制[6-10]是基于模糊數(shù)學(xué)的基本思想，可以簡(jiǎn)化復(fù)雜控制系統(tǒng)的一種控制策略。模糊控制有很多種分支，比如自適應(yīng)模糊控制、神經(jīng)模糊控制[11]、模糊PID控制等等。對(duì)于機(jī)械臂控制系統(tǒng)，可以采用模糊PID控制，該方法將傳統(tǒng)的PID控制與模糊控制結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)、及這三個(gè)控制參數(shù)設(shè)定模糊規(guī)則，隨后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)模糊規(guī)則對(duì)參數(shù)進(jìn)行模糊推理，推理后對(duì)輸出量進(jìn)行去模糊化得到實(shí)際輸出值，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三種參數(shù)的自整定調(diào)整。這種控制方法魯棒性和適應(yīng)性極佳，應(yīng)用范圍也較廣。模糊控制誕生至今已有四十多年，在現(xiàn)代生活中的方方面面都有這種控制策略的應(yīng)用。此外，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者將其用于科研中，運(yùn)用在智能車舵機(jī)[12]、衛(wèi)星智能控制器[13]等控制系統(tǒng)上?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制[14-16]（以下簡(jiǎn)稱滑?？刂疲┦且环N非線性控制，它在一定條件下可以使系統(tǒng)按照規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅、高頻的上下運(yùn)動(dòng)?；？刂茖?duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)和參數(shù)不敏感，因此具有魯棒性。但由于該控制策略特殊的運(yùn)動(dòng)特性，系統(tǒng)達(dá)到平穩(wěn)態(tài)后，跟隨曲線并不會(huì)很平滑地跟隨給定曲線，而是會(huì)在該曲線的兩側(cè)不斷地進(jìn)行穿越，從而導(dǎo)致抖振現(xiàn)象。不過(guò)有研究表明，在做好防抖措施的情況下，滑模控制對(duì)大慣量負(fù)載控制性能較好，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的適用范圍也更廣，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)控制[17]。此外，滑?？刂七€衍生出了滑模觀測(cè)器算法。國(guó)外的學(xué)者就通過(guò)研究一種基于滑模觀測(cè)器的降階滑?？刂破?，將其應(yīng)用在表貼式永磁同步電機(jī)上，并證明了該控制有很好的魯棒性[18]。模型參考自適應(yīng)控制是一種基于Lyapunov穩(wěn)定性理論和Popov超穩(wěn)定理論的控制方法。這種控制系統(tǒng)通常由參考模型、可調(diào)系統(tǒng)及自適應(yīng)機(jī)構(gòu)這三部分組成[19]。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的跟隨誤差也隨之變化，此時(shí)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)便會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，使控制對(duì)象能夠始終跟隨參考模型的輸出。有學(xué)者對(duì)模型參考自適應(yīng)控制進(jìn)行研究，通過(guò)演算得到合適的自適應(yīng)律，提高對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的準(zhǔn)確度。并且使用滑?？刂破鱽?lái)替代傳統(tǒng)PI控制器，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)定性[20]。此外還有不少?gòu)?fù)合控制策略。模型參考自適應(yīng)模糊混合控制將模型參考自適應(yīng)控制與模糊控制結(jié)合，使用模糊控制器作為主控制器，自適應(yīng)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)超前-滯后補(bǔ)償器參數(shù)，該方法被證明比傳統(tǒng)模糊控制有更好的跟蹤性能，穩(wěn)定性更好，抗干擾能力強(qiáng)[21]。變結(jié)構(gòu)與前饋控制，變結(jié)構(gòu)控制能顯著提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，前饋控制能有效改善系統(tǒng)跟蹤精度，結(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化了三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)[22]。1.2.3DSP芯片在永磁同步電機(jī)上的應(yīng)用現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)有不少學(xué)者使用DSP芯片來(lái)作為永磁同步電機(jī)控制電路的核心。其中，比較常用的芯片有DSP2812[23]以及本文中所使用的TMS320F28335芯片[24-25]。有學(xué)者在DSP開(kāi)發(fā)平臺(tái)上編寫了模糊控制的相關(guān)程序，并且完成了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行，證明了模糊控制器能有效地提升三閉環(huán)控制的系統(tǒng)性能[26]。除此之外，還有學(xué)者將DSP芯片運(yùn)用到了舵機(jī)控制系統(tǒng)上，基于DSP編程實(shí)現(xiàn)了前饋模糊控制系統(tǒng)，得到的舵機(jī)系統(tǒng)精度高，動(dòng)態(tài)性能好[27]。可見(jiàn)，目前DSP芯片已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在了多個(gè)控制領(lǐng)域中。1.3本文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)機(jī)械臂的精確位置控制一直以來(lái)都是機(jī)械臂控制領(lǐng)域的一大難點(diǎn)，本文主要對(duì)永磁同步電機(jī)以及機(jī)械臂負(fù)載建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)軟件對(duì)永磁同步電機(jī)的三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，并且對(duì)位置環(huán)分別使用前饋控制、模糊控制以及滑?？刂七@三種控制策略，通過(guò)輸入掃頻信號(hào)作為正弦給定位置跟蹤指令，仿真觀察系統(tǒng)位置跟隨情況。在研究的過(guò)程中，由于模糊控制和前饋控制的控制性能優(yōu)秀且兩者的相性較好，兩種方法可以結(jié)合起來(lái)，形成一種模糊前饋控制策略。該復(fù)合控制策略進(jìn)一步提高了三閉環(huán)伺服系統(tǒng)對(duì)機(jī)械臂的控制性能。隨后，在TMS320F28335芯片的控制平臺(tái)上，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的永磁同步電機(jī)三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，并驗(yàn)證不同的位置控制策略能夠改善位置精度和響應(yīng)速度。主要的創(chuàng)新點(diǎn)如下：本文將通過(guò)使用不同的位置控制策略，對(duì)位置環(huán)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行不同程度的性能提升，提高位置環(huán)定位的快速性及準(zhǔn)確性，最終得出相對(duì)最優(yōu)的機(jī)械臂位置控制策略。其次，針對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)部位（機(jī)械臂）的永磁同步電機(jī)，本文會(huì)實(shí)現(xiàn)不同機(jī)械臂負(fù)載情況下的位置曲線跟隨。永磁同步電機(jī)及其三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)介紹2.1永磁同步電機(jī)簡(jiǎn)介永磁同步電動(dòng)機(jī)一般使用永磁體進(jìn)行勵(lì)磁，簡(jiǎn)化了電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低了加工和組裝成本，并去除了容易出現(xiàn)問(wèn)題的滑環(huán)和電刷，顯著提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的可靠性。而且這種電機(jī)不需要?jiǎng)?lì)磁電流，也沒(méi)有勵(lì)磁損耗，從而提高了電機(jī)效率和功率密度。永磁同步電動(dòng)機(jī)主要由定子，轉(zhuǎn)子和端蓋組成。定子經(jīng)過(guò)疊層以減少電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的鐵損，內(nèi)部還有一種三相交流繞組，一般稱為電樞。轉(zhuǎn)子可以是實(shí)心形式，也可以用裝有永磁材料的薄板壓制而成。永磁同步電動(dòng)機(jī)可以根據(jù)永磁材料在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的位置分為兩種結(jié)構(gòu)形狀，分別是表貼式和內(nèi)置式。表貼式轉(zhuǎn)子的磁路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格便宜，但是由于不能將啟動(dòng)繞組安裝在電機(jī)表面上，因此不能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的異步啟動(dòng)。本文使用表貼式永磁同步電機(jī)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這種電機(jī)制造成本更低，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也相對(duì)較小。表貼式永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁體的形狀通常呈瓦片形，緊貼在轉(zhuǎn)子鐵芯的外表面。其永磁體的用量較小,磁鏈諧波分量較少，更容易產(chǎn)生正弦波磁動(dòng)勢(shì)，且直軸和交軸的電感相等[28]。通常在控制策略上會(huì)采用控制來(lái)對(duì)這種電機(jī)進(jìn)行控制。由于其控制性能強(qiáng)于內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，常常被應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域上。2.2永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型永磁同步電機(jī)在自然坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型可以通過(guò)以下方法確定。首先假設(shè)永磁同步電機(jī)為理想電機(jī)，滿足以下條件：（1）忽略電機(jī)鐵芯飽和；（2）不計(jì)電機(jī)渦流和磁滯損耗；（3）電機(jī)中的電流為對(duì)稱的三相正弦波電流。因此，電機(jī)的三相電壓方程為： （1）其磁鏈方程為： （2）其中，為三相繞組的相電壓、電阻和電流；為三相繞組的磁鏈；為三相繞組的電感；為三相繞組的磁鏈，并滿足以下關(guān)系： ，, （3） , （4） （5）其中，為定子互感，為定子漏感。根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，電磁轉(zhuǎn)矩等于磁場(chǎng)儲(chǔ)能對(duì)機(jī)械角位移的偏導(dǎo)，因此有： （6）其中，為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。而電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為： （7）同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子電壓方程可以表示為： （8） （9）其中，為定子在d、q軸的電壓分量。為定子在d、q軸的電流分量。為定子磁鏈在d、q軸的分量。永磁同步電機(jī)的dq軸等效電路如圖2-1所示。圖2-1永磁同步電機(jī)的dq軸等效電路此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩可表達(dá)為[29]： （10）2.3坐標(biāo)變換方法在永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型中，經(jīng)常會(huì)用到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系以及靜止坐標(biāo)系中的變量，因此在建模的過(guò)程中將會(huì)涉及到兩種坐標(biāo)變換方法。一種是Clark變換，可以將自然坐標(biāo)系中的變量轉(zhuǎn)換到靜止坐標(biāo)系中，其坐標(biāo)變換公式及變換矩陣如下所示： （11） （12）還有一種反Clark變換，即將靜止坐標(biāo)系中的變量轉(zhuǎn)換到自然坐標(biāo)系中，其變換公式如式13和14所示： （13） （14）另一種坐標(biāo)變換的方法為Park變換，該變化可以將靜止坐標(biāo)系中的變量轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，方程如下： （15） （16）當(dāng)然，Park變換也存在反變換，將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的變量轉(zhuǎn)換到靜止坐標(biāo)系中： （17） （18）2.4SVPWM介紹SVPWM（空間矢量脈寬調(diào)制）是近年來(lái)廣泛運(yùn)用在電機(jī)控制領(lǐng)域的一種PWM控制方法。SVWPM是由三相功率逆變器的六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件組成的特定開(kāi)關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，并且可以生成與理想正弦波非常接近的電流波形。與傳統(tǒng)的正弦波PWM不同，SVPWM從三相輸出電壓的整體效果開(kāi)始，著重于電機(jī)如何獲得理想的圓形磁鏈軌跡。與SPWM技術(shù)相比，繞組電流波形的諧波含量較小，從而減小了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)更接近圓形，并顯著提高了直流母線電壓的利用率，更容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。在三相全橋逆變電路中，一共有六個(gè)開(kāi)關(guān)器件，組成了三個(gè)半橋。將上橋臂開(kāi)通下橋臂關(guān)斷定義為0，上橋臂關(guān)斷下橋臂開(kāi)通定義為1。這樣，六個(gè)開(kāi)關(guān)器件就可以形成八種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。其中，存在000和111這兩種狀態(tài)，在這兩種情況下三相中任意兩路的線電壓都為零，因此這兩種狀態(tài)被稱為零矢量。剩下的六種開(kāi)關(guān)狀態(tài)便對(duì)應(yīng)六個(gè)有效矢量。將這六個(gè)矢量放進(jìn)電壓空間中可以畫出一個(gè)六邊形的電壓矢量圖，電壓空間被等分成六個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為60°。只要合理使用這八個(gè)空間矢量，便可以合成電壓空間中的任意一個(gè)矢量。若想要合成一個(gè)電壓矢量，只需將該矢量分解到其所處扇區(qū)的兩個(gè)基本電壓矢量上，通過(guò)改變基本電壓矢量的作用時(shí)間，便可以得到所需的電壓矢量。以此為基礎(chǔ)，當(dāng)控制系統(tǒng)以的速度在電壓空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分解電壓矢量并算出其所需的基本電壓矢量，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。系統(tǒng)每轉(zhuǎn)一圈，就會(huì)輸出一個(gè)周期的電壓正弦波波形。2.5三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介典型的三閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2。其工作原理為：將控制系統(tǒng)的輸入設(shè)置為位置信號(hào)，把該信號(hào)與電機(jī)反饋回來(lái)的位置信號(hào)產(chǎn)生的位置誤差信號(hào)值輸入到位置控制器中，控制器根據(jù)設(shè)定好的PID參數(shù)輸出給定轉(zhuǎn)速值。與反饋轉(zhuǎn)速作差，經(jīng)過(guò)速度調(diào)節(jié)器后得到。同理，將的差值輸入到電流調(diào)節(jié)器后輸出。本文使用表貼式永磁同步電機(jī)，對(duì)于定子電流的直軸分量，由于該電流為勵(lì)磁電流，分解到坐標(biāo)系上與磁場(chǎng)方向重合，因此不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩，反而會(huì)對(duì)電機(jī)造成能量上的損耗。因此，本實(shí)驗(yàn)采用了控制，相當(dāng)于將電機(jī)的直軸繞組開(kāi)路，此時(shí)定子電流等于電機(jī)電流的交軸分量，并且與電磁轉(zhuǎn)矩成正比。此時(shí)定子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大，且損耗也會(huì)降到最小。對(duì)于永磁同步電機(jī)來(lái)說(shuō)，這種控制方法效率高且容易實(shí)現(xiàn)。隨后，由于ACR輸出的量為d-q軸分量，而SVPWM的輸入類型通常采用坐標(biāo)系中的量，因此使用反Park變換模塊將d-q坐標(biāo)系的變量轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系中，再將這兩個(gè)值輸入進(jìn)SVPWM模塊中。該模塊運(yùn)行后會(huì)輸出六路方波，通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為進(jìn)行輸出。一路直接輸出給電機(jī)，一路作為反饋，通過(guò)Clark變換及Park變換后得到反饋給電流環(huán)。最后，檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速與位置量，將該值反饋給電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，形成速度與位置閉環(huán)。 圖2-2三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖機(jī)械臂三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)仿真3.1三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)模型建立及參數(shù)設(shè)置本次實(shí)驗(yàn)中使用了永磁同步電機(jī)模型，建立了傳統(tǒng)三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)模型。并在傳統(tǒng)三閉環(huán)PI控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用多種控制策略對(duì)位置環(huán)進(jìn)行精確的位置伺服控制。以圖2-1為基礎(chǔ)搭建模型，在MATLAB中建立伺服控制系統(tǒng)，如圖3-1所示：其中，最里面的閉環(huán)為電流環(huán)，該環(huán)可以通過(guò)電流調(diào)節(jié)器ACR實(shí)現(xiàn)對(duì)給定電流的快速跟隨；電流環(huán)外是速度環(huán)，采用了速度調(diào)節(jié)器ASR來(lái)跟隨給定速度；最外環(huán)為位置環(huán)，利用位置偏差輸入到位置調(diào)節(jié)器APR中產(chǎn)生速度指令使電機(jī)精準(zhǔn)跟蹤位置信號(hào)。圖3-1三閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型仿真中將電機(jī)的參數(shù)設(shè)置為：電機(jī)極對(duì)數(shù)，定子電感，，電阻，磁鏈，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，阻尼系數(shù)。設(shè)直流側(cè)電壓，PWM開(kāi)關(guān)頻率設(shè)定為，采樣周期。設(shè)定完電機(jī)參數(shù)后，還需要設(shè)計(jì)三個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。首先確定電流環(huán)參數(shù)：時(shí)間常數(shù)，帶寬，由此可以計(jì)算得到電流環(huán)的參數(shù)，。切斷轉(zhuǎn)速環(huán)和位置環(huán)的連接，給定電流信號(hào)10作為輸入，仿真時(shí)間設(shè)為0.5s，得到圖3-2中的電流跟隨曲線，可見(jiàn)電流環(huán)跟隨性能良好。圖3-2電流跟隨曲線對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)，將轉(zhuǎn)速環(huán)輸出限幅設(shè)置為[-60,60]，選取轉(zhuǎn)速環(huán)帶寬為，可得，。切斷位置環(huán)，同樣給定速度信號(hào)2000為輸入，仿真時(shí)間設(shè)為2s，仿真結(jié)果如下圖所示，轉(zhuǎn)速環(huán)跟隨速度較快，超調(diào)量很小，且沒(méi)有振蕩。圖3-3速度跟隨曲線由于要實(shí)現(xiàn)精確的位置跟蹤，位置跟隨系統(tǒng)不能產(chǎn)生超調(diào)或者振蕩，以免影響位置跟隨精度。因此位置調(diào)節(jié)器APR只能設(shè)置為比例調(diào)節(jié)器。參數(shù)調(diào)試時(shí)，為減小穩(wěn)態(tài)控制誤差，應(yīng)該盡可能選擇較大的比例系數(shù)。在本次實(shí)驗(yàn)中將從500開(kāi)始調(diào)試。在經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，比例系數(shù)越大，系統(tǒng)的位置跟隨速度越快。一旦設(shè)置地太大，系統(tǒng)則一定會(huì)出現(xiàn)超調(diào)等不穩(wěn)定的問(wèn)題。因此，本次實(shí)驗(yàn)中將比例系數(shù)適中地調(diào)整為670，此時(shí)系統(tǒng)的跟隨情況相對(duì)較好。給定位置信號(hào)20，仿真時(shí)間設(shè)為1s，位置跟隨情況如圖3-4所示，位置曲線跟隨很快且無(wú)超調(diào)。圖3-4位置跟蹤曲線接下來(lái)對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行設(shè)置。首先，電機(jī)的機(jī)械方程如式19所示： （19）其中，為電磁轉(zhuǎn)矩（）；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（）；為阻尼轉(zhuǎn)矩（）；為電機(jī)的機(jī)械角速度（）。分析電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。設(shè)機(jī)械臂負(fù)載的重量為5，機(jī)械臂長(zhǎng)度為0.5。根據(jù)圖3-5分析可得負(fù)載轉(zhuǎn)矩如式20所示： （20）其中，為機(jī)械臂轉(zhuǎn)過(guò)的角度（），為重力加速度（）。而阻尼轉(zhuǎn)矩則如式21所示： （21）圖3-5負(fù)載轉(zhuǎn)矩分析給定系統(tǒng)輸入為1.5Hz的正弦信號(hào)，通過(guò)增益模塊放大后，可以輸出幅值為15的正弦信號(hào)作為系統(tǒng)的位置給定。對(duì)于系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，由于機(jī)械臂和電機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能相等，一般電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)比機(jī)械臂轉(zhuǎn)速快。因此會(huì)在機(jī)械臂和永磁同步電機(jī)間設(shè)置一個(gè)減速機(jī)構(gòu)。而在本實(shí)驗(yàn)中，將減速機(jī)構(gòu)的減速比例設(shè)置為1:80（機(jī)械臂：電機(jī)）。所以最后得到電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的算式為（轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比）。接著，由于實(shí)驗(yàn)室中電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)每分鐘，因此設(shè)置位置環(huán)限幅為[-5000,5000]，并將三閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)按前文所述設(shè)定之后進(jìn)行仿真，仿真時(shí)間為1s。位置跟隨結(jié)果如圖3-6所示。從圖上可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)三閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的控制性能比較一般，跟隨曲線的跟隨性能較差，存在比較大的相位滯后，跟蹤精度也很低，無(wú)法滿足機(jī)械臂控制領(lǐng)域?qū)τ谖恢每刂菩阅艿男枨蟆Ｒ虼?，需要通過(guò)位置控制策略來(lái)改善其控制性能。圖3-6機(jī)械臂傳統(tǒng)三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的位置跟隨曲線3.2機(jī)械臂位置前饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置前饋控制的方法有很多種，本文則是在原有的三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)給定的位置信號(hào)進(jìn)行一次微分和二次微分的方法來(lái)進(jìn)行位置前饋控制。位置信號(hào)經(jīng)過(guò)一次微分后得到速度信號(hào)引入到轉(zhuǎn)速環(huán)中，速度信號(hào)再次微分之后得到加速度信號(hào)引入到電流環(huán)中。位置前饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-7所示。圖3-7位置前饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖其中，三閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的輸入量為機(jī)械角度，，其單位為度，為了方便之后的運(yùn)算，先將的單位先轉(zhuǎn)化為。經(jīng)過(guò)一次微分后得到機(jī)械角速度。其中，。但是轉(zhuǎn)速環(huán)的輸入量是電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為，而機(jī)械角速度單位為，因此需要對(duì)進(jìn)行單位換算： （22）且由于減速機(jī)構(gòu)的存在，必須將上式中的機(jī)械臂轉(zhuǎn)速乘以80之后得到對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。此外，在實(shí)際操作過(guò)程中，由于在實(shí)際控制中，并不需要將所有的前饋量都引入到轉(zhuǎn)速環(huán)中。若將前饋量全部加到轉(zhuǎn)速環(huán)中，很可能會(huì)造成轉(zhuǎn)速超調(diào)的情況。所以在仿真中一般會(huì)設(shè)置一個(gè)衰減因數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)中，設(shè)轉(zhuǎn)速環(huán)的衰減系數(shù)為0.9。整理后得到式23，隨后將得到的前饋轉(zhuǎn)速量引入到轉(zhuǎn)速環(huán)中。 （23）經(jīng)過(guò)二次微分后，得到機(jī)械角加速度。而最終要把該前饋量引入電流環(huán)，就必須將其轉(zhuǎn)化為電流值。機(jī)械角加速度和電流的轉(zhuǎn)換公式如式24所示。 （24）式中，為轉(zhuǎn)矩與電流之比，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)出該參數(shù)值約為0.1。此外，與轉(zhuǎn)速環(huán)同理，電流環(huán)也需要設(shè)置一個(gè)衰減系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)將其值設(shè)置為0.7，化簡(jiǎn)得到式25。 （25）根據(jù)圖3-7以及上文的運(yùn)算結(jié)果，在Simulink中對(duì)傳統(tǒng)三閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的模型進(jìn)行修改，得到下圖中的仿真模型：圖3-8位置前饋控制系統(tǒng)仿真模型在原有模型的基礎(chǔ)上，從位置給定信號(hào)處引出一條支路，之后分別進(jìn)行一次微分和二次微分，并且加入相應(yīng)的增益模塊。設(shè)置仿真時(shí)間為1s，得到圖3-9中的位置跟隨曲線：圖3-9機(jī)械臂位置前饋控制系統(tǒng)的位置跟隨曲線由上圖可知，在機(jī)械臂負(fù)載以及電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩能力不變的情況下，加入位置前饋控制可以大幅度提高系統(tǒng)的位置跟隨性能，前饋控制不僅消減了原先系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差以及正弦信號(hào)產(chǎn)生的相位滯后問(wèn)題，還提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，且位置跟隨誤差在可接受范圍內(nèi)。由此可見(jiàn)，前饋控制很適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂位置的精確控制。3.3機(jī)械臂位置模糊控制系統(tǒng)針對(duì)機(jī)械臂位置伺服控制系統(tǒng)，模糊PID控制可以根據(jù)機(jī)械臂位置的實(shí)時(shí)誤差來(lái)進(jìn)行對(duì)變量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。模塊PID控制的原理圖如下圖。圖3-10模糊PID控制原理圖根據(jù)圖3-10，第一步先定義模糊控制變量。本文采用了兩個(gè)輸入量和兩個(gè)輸出量的方式，將給定與反饋的誤差和誤差變化率作為模糊控制器的輸入，模糊控制器通過(guò)模糊推理輸出PI控制器參數(shù)的變化量。第二步將輸入量和輸出量進(jìn)行模糊化，以適當(dāng)?shù)谋壤龑⑦@五個(gè)變量轉(zhuǎn)換到論域的數(shù)值。一般情況下，誤差和誤差變化率的模糊論域都設(shè)置為。對(duì)于三個(gè)輸出量，首先確定傳統(tǒng)PI控制的傳遞函數(shù)為： （26）采用Ziegler-Nichols方法來(lái)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定。該方法一般設(shè)： （27）根據(jù)上式，對(duì)于模糊控制器中的的論域可以按以下公式確定： （28） （29） （30）而對(duì)于積分系數(shù)，通常也會(huì)對(duì)劃分論域：，即： （31）由于位置環(huán)采用的是比例控制器，可以計(jì)算出的論域范圍： （32） 而原位置環(huán)PID控制器的，因此這該參數(shù)無(wú)法用上述公式進(jìn)行整定。在經(jīng)過(guò)反復(fù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后，適當(dāng)取。設(shè)定完變量的論域后，為了保證模糊控制的精確度和復(fù)雜度，還需要將輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的論域都分成七個(gè)模糊子集，分別是｛NB（負(fù)較大值），NM（負(fù)中等值），NS（負(fù)較小值），ZO（零），PS（正較小值），PM（正中等值），PB（正較大值）}。且輸入量和輸出量都服從于三角形隸屬度函數(shù)，三角形隸屬度函數(shù)公式如式33所示： （33）結(jié)合圖3-11分析三角形隸屬度函數(shù)的意義：若將論域[0,1]分割為三個(gè)模糊子集NB、NM與NS，三個(gè)模糊子集的論域分別為[0,0.4]，[0.1,0.9]，[0.6,1]。以中間的模糊子集NM為例，對(duì)于其論域[0.1,0.9]內(nèi)的任意一個(gè)元素，都有（其中a為論域最小值0.1，b為論域中位值0.5，c為論域最大值0.9）。若的值更接近于1，則屬于該模糊子集的程度更高。反之，若的值更接近于0，則屬于該模糊子集的程度更低。比如，當(dāng)時(shí)，，說(shuō)明屬于模糊子集NM。但是當(dāng)時(shí)，，而此時(shí)對(duì)NB的隸屬度為0.5，則說(shuō)明比起模糊子集NM更屬于NB?？偠灾?，隸屬度函數(shù)可以反映出一個(gè)數(shù)在某個(gè)論域中的隸屬程度高低，是模糊控制中衡量參數(shù)范圍的重要標(biāo)準(zhǔn)。圖3-11三角形隸屬度函數(shù)示例確定完論域及隸屬度函數(shù)后下一步需要建立模糊規(guī)則表。一般來(lái)說(shuō)，模糊規(guī)則表來(lái)源于專家的經(jīng)驗(yàn)以及知識(shí)。在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)[6-10][30]時(shí)，發(fā)現(xiàn)許多學(xué)者對(duì)位置模糊控制的模糊規(guī)則表設(shè)計(jì)上基本都大同小異。結(jié)合這些文獻(xiàn)中對(duì)模糊規(guī)則表的設(shè)計(jì)方法，得到了模糊規(guī)則表的設(shè)計(jì)思路：對(duì)于位置環(huán)模糊控制，首先還是要考慮到位置伺服控制不能出現(xiàn)超調(diào)和振蕩的問(wèn)題，要注意對(duì)積分系數(shù)和微分系數(shù)的調(diào)節(jié)。系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的位置跟隨誤差較大，此時(shí)希望位置伺服系統(tǒng)能夠快速跟蹤給定值，避免積分飽和，并且系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)太大的超調(diào)，因此應(yīng)該將設(shè)置得比較大，而和設(shè)置得比較小。當(dāng)位置伺服系統(tǒng)跟隨上給定值時(shí)，此時(shí)較小，則希望消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，盡可能地保持良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦黾拥闹?。根?jù)以上思路，得到的模糊規(guī)則表如表1,2所示：表1模糊規(guī)則表NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPSPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB表2模糊規(guī)則表NBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB通過(guò)模糊規(guī)則表對(duì)變量進(jìn)行模糊推理，得到的輸出結(jié)果還是NB、ZO這樣的模糊量，因此模糊控制的最后一步需要對(duì)該模糊輸出進(jìn)行去模糊化。去模糊化的方式有很多，在本次實(shí)驗(yàn)中，用到了面積重心法如式34所示： (34)而對(duì)于離散系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在具有m個(gè)離散輸出隸屬度的情況下，該公式可以如式35進(jìn)行表示： （35）該方法將隸屬度函數(shù)與對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)所圍成面積的重心橫坐標(biāo)作為該模糊子集的去模糊化代表值。面積重心法對(duì)信號(hào)的改變非常靈敏，只要輸入值產(chǎn)生變化，輸出值也會(huì)對(duì)應(yīng)地發(fā)生變化，因此該方法成為了一種比較常用的去模糊化方法。根據(jù)以上流程，在MATLAB中進(jìn)行模糊控制的仿真。首先，在MATLAB主界面中輸入fuzzy指令即可打開(kāi)模糊規(guī)則編輯器。接著，設(shè)定兩個(gè)輸入量與兩個(gè)輸出量，并根據(jù)前文所述設(shè)置這些變量的論域，再依次將各個(gè)變量的論域分成七個(gè)模糊子集。下一步，將模糊規(guī)則表添加到編輯器中，編輯器中通常采用“if,then”的形式來(lái)描述輸入量與輸出量的關(guān)系。最后將去模糊化方法設(shè)為面積重心法。如圖3-12，3-13所示：圖3-12MATLAB模糊控制編輯器圖3-13模糊規(guī)則設(shè)定在SimulinkLibrary中找到FuzzyLogicController模塊，將上文編輯好的模糊控制文件導(dǎo)入到該模塊中，根據(jù)模糊PID原理圖，在原先的三閉環(huán)控制仿真中建立位置模糊控制器子系統(tǒng)，搭建仿真模型，如圖3-14所示。圖3-14模糊控制器仿真模型其中，由于設(shè)置兩個(gè)輸入量的論域?yàn)閇-6,6]，而一般情況下位置誤差與誤差變化率的變化區(qū)間并不在這個(gè)范圍內(nèi)。因此，需要添加一個(gè)系數(shù)來(lái)將這兩個(gè)輸入量的值域轉(zhuǎn)換到[-6,6]中。經(jīng)過(guò)測(cè)試后，測(cè)得誤差最大值約為1.8，因此將誤差的參數(shù)設(shè)為3；而誤差變化率的最大值約為160，其參數(shù)取為0.04。對(duì)該位置模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在仿真的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該模型的仿真速度異常緩慢，運(yùn)行十幾分鐘也只仿真了0.005秒，根本無(wú)法進(jìn)行正常的仿真。若想解決這種問(wèn)題，加快仿真速度，就要在模糊控制器前加入一個(gè)零階保持器，設(shè)置采樣時(shí)間與相同。由于零階保持器可以把離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)信號(hào)，減輕了系統(tǒng)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，加快了仿真速度。不過(guò)，雖然加入零階保持器之后仿真速度有明顯加快，但是其仿真速度還是不及傳統(tǒng)三閉環(huán)模型及前饋控制模型的仿真速度，運(yùn)行1秒鐘的仿真仍需要兩三分鐘，仍然是偏慢的。圖3-15機(jī)械臂位置模糊控制系統(tǒng)的位置跟隨曲線仿真得到的位置跟隨曲線如圖3-15所示。可見(jiàn)，相較于傳統(tǒng)的三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)削弱了原本存在的位置相位滯后的問(wèn)題，但模糊控制的本質(zhì)還是一種PI調(diào)節(jié)，對(duì)位置控制系統(tǒng)的提升有限，導(dǎo)致系統(tǒng)不能很好地跟隨給定位置曲線，跟蹤誤差仍然存在，對(duì)機(jī)械臂的控制性能要劣于上文所述的位置前饋控制系統(tǒng)。3.4機(jī)械臂位置滑?？刂葡到y(tǒng)對(duì)于機(jī)械臂控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，滑?？刂撇皇芟到y(tǒng)參數(shù)及擾動(dòng)影響以及響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)非常適合對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行控制?；？刂频姆椒ㄒ灿卸喾N，而本實(shí)驗(yàn)采用了簡(jiǎn)單明了的趨近律方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)位置環(huán)的滑?？刂啤Ｔ谠O(shè)計(jì)滑?？刂破髑?，首先要考慮到設(shè)計(jì)出來(lái)的滑?？刂破餍枰獫M足以下幾個(gè)條件：滑動(dòng)模態(tài)必須存在；滿足可達(dá)性條件，在滑模面以外的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)都將在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面，即；保證滑模運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性；達(dá)到控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求。接下來(lái)便開(kāi)始設(shè)計(jì)位置環(huán)的滑模控制器。由于位置環(huán)輸入的是位置誤差信號(hào)，首先定義系統(tǒng)的狀態(tài)變量為： （36） （37）而最終要獲得的輸出量為給定轉(zhuǎn)速信號(hào)，為了運(yùn)算方便，這里先將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)化為角速度信號(hào)。所以最后只需得到與關(guān)系式即可。設(shè)，并且設(shè)置滑模面為，其中。選取指數(shù)趨近律，其中。該趨近律表示，在滑模運(yùn)動(dòng)剛開(kāi)始時(shí)，運(yùn)動(dòng)點(diǎn)離滑模面較遠(yuǎn)，此時(shí)較大，指數(shù)趨近項(xiàng)也較大，運(yùn)動(dòng)點(diǎn)以速度快速趨近滑模面。隨著運(yùn)動(dòng)點(diǎn)越來(lái)越靠近滑模面，逐漸減小，此時(shí)的值也不斷減小。一旦的值過(guò)小，運(yùn)動(dòng)點(diǎn)趨近于滑模面的速度也變得很小，無(wú)限接近于滑模面卻無(wú)法到達(dá)滑模面。此時(shí)違背了上文所述的第二個(gè)條件，即在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面的要求，因此需要設(shè)置等速趨近項(xiàng)。再小，只要有，此時(shí)趨近速度約等于，只要合理設(shè)置的值，就能保證滑模運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能。設(shè)定完滑模面及趨近律后，對(duì)控制器的表達(dá)式進(jìn)行求解。首先對(duì)滑模面函數(shù)求導(dǎo)，得，再代入趨近律函數(shù)，可以得到以下算式： （38）整理后得： （39） （40）對(duì)上式兩邊積分，得到滑模控制器的表達(dá)式為： （41）該表達(dá)式中存在積分項(xiàng)，積分項(xiàng)可以在一定程度上減輕滑模控制系統(tǒng)的抖振問(wèn)題，并且可以減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。根據(jù)上式，在MATLAB中建立相應(yīng)的滑?？刂破鞣抡婺Ｐ停簣D3-16滑?？刂破鞣抡婺Ｐ蛯?duì)控制器的三項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。首先調(diào)節(jié)參數(shù)。根據(jù)滑模面函數(shù)公式，的大小直接影響了滑模面函數(shù)的數(shù)值大小，即點(diǎn)到滑模面的距離遠(yuǎn)近。盡量選擇合適的值，過(guò)大的會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，過(guò)小的會(huì)導(dǎo)致的存在沒(méi)有意義。關(guān)系到運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的初始速度，在機(jī)械臂控制系統(tǒng)中，希望系統(tǒng)能夠快速跟隨上給定曲線，因此需要設(shè)置較大的初始速度。同樣，設(shè)置得過(guò)大會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)點(diǎn)剛開(kāi)始趨近滑模面的速度過(guò)快，導(dǎo)致跟隨曲線會(huì)非?？斓馗S上給定曲線，并且出現(xiàn)多次振蕩與超調(diào)的問(wèn)題，因?yàn)槲恢酶S的特殊性，需要盡量避免這種情況的發(fā)生。也會(huì)影響系統(tǒng)的初始趨近速度，但還是系統(tǒng)出現(xiàn)抖振的主要原因。當(dāng)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)靠近滑模面，此時(shí)很小，趨近速度可以約等于，此時(shí)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)會(huì)以為速度不斷在滑模面兩側(cè)穿梭。而的值越大，系統(tǒng)的抖振就很越厲害。由于控制器表達(dá)式存在積分項(xiàng)，抖振情況會(huì)稍微減輕一點(diǎn)，但也必須要控制好的值。最終，經(jīng)過(guò)綜合考慮，取，，。得到的系統(tǒng)跟隨曲線如下圖：圖3-17機(jī)械臂位置滑模控制的位置跟隨曲線根據(jù)圖3-18可知，滑?？刂茖?duì)掃頻信號(hào)的跟隨性能較好。其控制性能略遜于位置前饋控制，但優(yōu)于位置模糊控制。該系統(tǒng)的響應(yīng)速度相比前饋控制要更快，從圖中可以觀察到，滑?？刂葡到y(tǒng)在約0.05秒的時(shí)候就已經(jīng)跟隨上了給定信號(hào)，比前饋控制快了將近一倍速度。但是因?yàn)榛？刂频亩墩裉匦?，系統(tǒng)跟隨會(huì)存在一定的穩(wěn)態(tài)誤差，在波峰波谷處誤差最為明顯，但是該誤差在可接受范圍內(nèi)。3.5滑?？刂葡到y(tǒng)存在的問(wèn)題但在對(duì)滑模控制進(jìn)行研究的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很嚴(yán)重的控制問(wèn)題。由于在對(duì)機(jī)械臂的實(shí)際控制過(guò)程中，給定信號(hào)肯定會(huì)根據(jù)實(shí)際需求而改變。因此嘗試將給定信號(hào)替換成別的信號(hào)，測(cè)試不同控制策略的控制性能。從最簡(jiǎn)單的信號(hào)開(kāi)始，直接給定階躍信號(hào)的值為30，對(duì)滑?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)行位置跟隨測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3-18所示。圖3-18滑?？刂茖?duì)階躍信號(hào)的跟隨情況從圖中很明顯能夠看出，系統(tǒng)對(duì)該簡(jiǎn)易信號(hào)的跟隨能力極差，超調(diào)量達(dá)到了66.67%，且系統(tǒng)振蕩的情況非常嚴(yán)重。針對(duì)這種情況修改滑?？刂破鞯膮?shù)來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能。設(shè)置，，此時(shí)得到正常的跟隨曲線，無(wú)超調(diào)無(wú)震蕩，跟隨性能尚可。圖3-19修改控制器參數(shù)后的跟隨情況繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試，將系統(tǒng)給定設(shè)置為斜坡信號(hào)，初始值為0，斜率為30，仿真結(jié)果如下。圖3-20滑?？刂茖?duì)斜坡信號(hào)的跟隨情況乍一看跟隨得很好，但是不妨換一種斜坡信號(hào)的形式，設(shè)置斜坡信號(hào)初始值為20，斜率為10，再次進(jìn)行仿真：圖3-21斜坡信號(hào)改變后的仿真情況這次的結(jié)果和圖3-18一樣，滑?？刂茖?duì)給定信號(hào)的跟隨能力非常差。再將圖3-21和圖3-20進(jìn)行比對(duì)，圖3-20的斜坡信號(hào)沒(méi)有設(shè)置初始值，相當(dāng)于開(kāi)始時(shí)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)就在滑模面附近，不需要花時(shí)間趨近滑模面，只會(huì)在滑模面兩側(cè)不停地運(yùn)動(dòng)，因此跟隨得比較好；而圖3-21的斜坡信號(hào)有初始值，因?yàn)榛？刂浦袇?shù)和的值設(shè)置得較大，導(dǎo)致系統(tǒng)初始狀態(tài)下對(duì)滑模面趨近速度很快，到達(dá)滑模面之后仍然以非常大的速度在滑模面兩側(cè)不斷穿越，因此才導(dǎo)致這么嚴(yán)重的超調(diào)與振蕩問(wèn)題。根據(jù)上述結(jié)果，猜想該仿真中設(shè)置的滑?？刂破鲄?shù)會(huì)造成滑?？刂葡到y(tǒng)對(duì)有初始值的給定信號(hào)的控制性能比較差。為了驗(yàn)證猜想，再用前文中的正弦信號(hào)對(duì)滑?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。但此時(shí)，設(shè)置掃頻信號(hào)的初始位置為5，其他不變，結(jié)果如圖3-22所示：圖3-22掃頻信號(hào)有初始值后滑?？刂频母S曲線果然發(fā)生了與剛才測(cè)試中同樣的問(wèn)題。系統(tǒng)剛開(kāi)始時(shí)對(duì)給定的跟隨性能很差，出現(xiàn)了超調(diào)與振蕩的問(wèn)題，而這種情況在機(jī)械臂控制中是不允許存在的。同樣使用上文中的幾種信號(hào)對(duì)模糊控制和前饋控制進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果并沒(méi)有出現(xiàn)類似于滑?？刂频牟环€(wěn)定問(wèn)題。出現(xiàn)這種情況的原因，歸根結(jié)底是因?yàn)榛？刂破鞯膮?shù)設(shè)置。在第四節(jié)中經(jīng)過(guò)反復(fù)仿真最終得到的參數(shù)值，在更換了給定信號(hào)之后對(duì)系統(tǒng)的控制性能就變得很差，又要重新對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定完之后還需要仿真調(diào)試，這在實(shí)際操作中顯得過(guò)于繁雜。而對(duì)于前饋控制和模糊控制來(lái)說(shuō)，前饋控制是根據(jù)給定值大小來(lái)對(duì)閉環(huán)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，而模糊控制則是根據(jù)控制器輸入來(lái)對(duì)輸出論域進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，這兩種控制方法的靈活性要好于滑模控制。并且，這兩種方法的相性很好，前饋控制根據(jù)給定對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，模糊控制則是對(duì)位置調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，若將這兩種控制策略的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，對(duì)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的控制性能一定會(huì)更好。3.6機(jī)械臂模糊前饋控制系統(tǒng)由于發(fā)現(xiàn)了上一節(jié)所述的問(wèn)題，綜合考慮放棄繼續(xù)研究機(jī)械臂滑?？刂葡到y(tǒng)，轉(zhuǎn)而研究復(fù)合控制策略，即模糊前饋控制系統(tǒng)。其實(shí)模糊前饋控制早已不算是一種新型的控制方法，已經(jīng)有不少學(xué)者研究過(guò)這種控制策略。有學(xué)者在永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)中，對(duì)速度環(huán)采用基于前饋補(bǔ)償?shù)哪：刂?，得出這種控制方法能很好地對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)時(shí)間短，抗干擾能力好的結(jié)論。還有學(xué)者對(duì)位置環(huán)使用模糊前饋控制，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法得出結(jié)論，前饋模糊控制策略在給定正弦位置信號(hào)的情況下，控制系統(tǒng)可以完全跟隨給定信號(hào)。針對(duì)機(jī)械臂控制系統(tǒng)，結(jié)合第二節(jié)與第三節(jié)中所推導(dǎo)的前饋控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，直接可以得到下圖中的仿真模型。圖3-23機(jī)械臂模糊前饋控制系統(tǒng)對(duì)模糊前饋控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并將跟隨曲線與前饋控制系統(tǒng)的跟隨性能進(jìn)行比較，由于兩個(gè)系統(tǒng)跟蹤性能差距不大，從位置跟隨曲線上很難看出兩者的區(qū)別。但是可以通過(guò)觀察誤差曲線，比較誤差大小來(lái)判斷兩者性能差距。誤差曲線見(jiàn)圖3-24和3-25。從兩張圖中不難看出，模糊前饋控制在系統(tǒng)穩(wěn)定之后的跟隨誤差相比前饋控制更小，跟隨性能相對(duì)更好。綜合來(lái)說(shuō)，將這兩種方法結(jié)合起來(lái)是有意義的，進(jìn)一步降低了跟隨系統(tǒng)的相位滯后問(wèn)題。圖3-24機(jī)械臂前饋控制系統(tǒng)誤差曲線圖3-25機(jī)械臂模糊前饋控制系統(tǒng)誤差曲線軟件設(shè)計(jì)4.1TMS320F28335芯片簡(jiǎn)介28335芯片采用176引腳LQFP四邊形封裝，其主要性能如下：（1）28335芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，指令周期為6.67，主頻達(dá)到150MHz，方便電機(jī)控制，功率器件控制和工業(yè)控制。該芯片具有高性能的32位CPU。單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU）使用哈佛流水線結(jié)構(gòu)，可以快速執(zhí)行中斷響應(yīng)，具有內(nèi)置的內(nèi)存管理模式，并支持C/C++語(yǔ)言的復(fù)雜數(shù)學(xué)算法。（2）28335片上存儲(chǔ)器分為：的Flash存儲(chǔ)器，的SARAM存儲(chǔ)器，OTPROM和的BootROM。其中，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器以及OPTROM受系統(tǒng)密碼保護(hù)，并且用戶在這些存儲(chǔ)器中設(shè)置的程序也會(huì)受到保護(hù)。（3）28335控制時(shí)鐘系統(tǒng)具有6通道DMA控制器，片上振蕩器和看門狗模塊，支持動(dòng)態(tài)PLL調(diào)諧，內(nèi)部可編程鎖相環(huán)，并通過(guò)軟件對(duì)應(yīng)的寄存器設(shè)置CPU時(shí)鐘頻率。（4）28335的控制時(shí)鐘系統(tǒng)具有6通道DMA控制器，片上振蕩器，看門狗模塊，支持動(dòng)態(tài)PLL調(diào)節(jié)，內(nèi)部可編程鎖相環(huán)，通過(guò)軟件設(shè)置相應(yīng)寄存器的值改變CPU的輸入時(shí)鐘頻率。（5）28335內(nèi)部有16根中斷線，其中包括兩個(gè)不可屏蔽中斷與14個(gè)可屏蔽中斷。其中12個(gè)可屏蔽中斷線由8個(gè)外設(shè)中斷組成，一共支持58個(gè)外設(shè)中斷，通過(guò)外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器（PIE）來(lái)管理片上外設(shè)和外部引腳引起的中斷請(qǐng)求。（6）28335中有增強(qiáng)型的外設(shè)模塊：18個(gè)PWM輸出，包含6個(gè)高分辨率脈寬調(diào)制模塊（HRPWM）、6個(gè)事件捕獲輸入和2通道的正交調(diào)制模塊（QEP）。（7）28335一共有3個(gè)32位的定時(shí)器，定時(shí)器0和定時(shí)器1用作一般的定時(shí)器，定時(shí)器0接到PIE模塊，定時(shí)器1接到中斷INTl3；定時(shí)器2用于DSP／BIOS的片上實(shí)時(shí)系統(tǒng)，連接到中斷INTl4，如果系統(tǒng)不使用DSP／BIOS，定時(shí)器2可用于一般定時(shí)器。（8）28335的串行外設(shè)為2通道CAN模塊、3通道SCI模塊、2個(gè)McBSP（多通道緩沖串行接口）模塊、1個(gè)SPI模塊、1個(gè)I2C主從兼容的串行總線接口模塊。12位A／D轉(zhuǎn)換器具有16個(gè)轉(zhuǎn)換通道、2個(gè)采樣保持器、內(nèi)外部參考電壓，轉(zhuǎn)換速度為80，同時(shí)支持多通道轉(zhuǎn)換。（9）此外，28335還有88個(gè)可編程的復(fù)用GPIO引腳，并且可以運(yùn)行于低功耗模式下。內(nèi)核電壓為1.9V，I/O引腳電壓為3.3V。且片上外設(shè)寄存器塊0~3只能用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，用戶不能在該存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)寫入程序。同時(shí)，OTPROM區(qū)（0x380000~0x3803FF）為只讀空間，存儲(chǔ)A/D轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)程序，用戶不能對(duì)此空間寫入程序。若設(shè)置安全代碼，存儲(chǔ)器區(qū)域Ox33FF80~0x33FFF5需全部寫入數(shù)據(jù)0x0000，而不能用于存儲(chǔ)程序或數(shù)據(jù)。反之，0x33FF80~Ox33FEF可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或程序，其中0x33FFF0~Ox33FFF5只能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。軟件部分主要在TI公司開(kāi)發(fā)的DSP芯片專用仿真平臺(tái)CCS5.5中對(duì)TMS320F28335進(jìn)行編程。4.2軟件框架4.2.1主程序設(shè)計(jì)28335的主程序主要進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)模塊進(jìn)行初始化工作，其中包括時(shí)鐘模塊、中斷模塊、外設(shè)模塊、IO口等等。此外還需要在主程序中定義本次實(shí)驗(yàn)中所需要的參數(shù)和變量。主程序的流程圖如下：圖4-1主程序流程圖主程序的操作流程為：首先初始化系統(tǒng)，設(shè)置28335系統(tǒng)頻率為150，禁用看門狗模塊，設(shè)置PLLCR（鎖相環(huán)電路）的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，設(shè)置高頻和低頻外設(shè)時(shí)鐘的預(yù)分頻器，并啟用外設(shè)時(shí)鐘；隨后初始化IO口，其中包括ePWM模塊，SPI模塊，RDC模塊和CAN模塊的初始化；第三步，關(guān)系統(tǒng)中斷，初始化系統(tǒng)的中斷向量表并且重新映射系統(tǒng)中斷服務(wù)程序的地址；下一步，初始化各個(gè)模塊配置，這一步涉及的模塊較多，將在下一條中詳細(xì)介紹；接著，初始化系統(tǒng)參數(shù)，其中主要包含電機(jī)參數(shù)、控制器參數(shù)等等；完成各項(xiàng)初始化工作后，使能部分中斷，軟件中一共用到了PWM中斷、定時(shí)器中斷、DMA中斷以及eCAN中斷，使能中斷后，開(kāi)全局中斷；最后，設(shè)置一個(gè)for語(yǔ)句讓程序進(jìn)入無(wú)限循環(huán)中，等待中斷子程序的到來(lái)。要注意的是，在該循環(huán)語(yǔ)句中需要時(shí)刻判斷電機(jī)的狀態(tài)。若電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，則需要監(jiān)測(cè)電機(jī)的電流、電壓及溫度值，實(shí)時(shí)觀察電機(jī)是否有過(guò)流、過(guò)壓或過(guò)溫的情況出現(xiàn)。一旦電機(jī)進(jìn)入故障狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)停止輸出PWM波形，直到故障被排除。4.2.2ePWM模塊配置28335芯片中，每個(gè)ePWM模塊都是由兩路ePWM輸出組成，一共有6對(duì)這樣的ePWM模塊。由于最終希望得到六路方波輸出，因此只需要用到3對(duì)ePWM（本文使用了ePWM1,ePWM2和ePWM3）模塊。對(duì)這三個(gè)模塊進(jìn)行以下參數(shù)配置：ePWM模塊中還含有很多子模塊，軟件中主要用到了時(shí)基模塊TB、計(jì)數(shù)比較模塊CC、動(dòng)作模塊AC、死區(qū)模塊DB和事件觸發(fā)模塊ET。配置時(shí)基模塊TB。首先確定PWM的中斷頻率為10，即中斷周期為100。將時(shí)基計(jì)數(shù)器設(shè)定為向上－向下計(jì)數(shù)（增減）模式，即計(jì)數(shù)器在前半個(gè)周期中向上計(jì)數(shù)，后半個(gè)周期向下計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器每1計(jì)75個(gè)數(shù)，那么一個(gè)周期時(shí)基計(jì)數(shù)器將計(jì)7500個(gè)數(shù)，其計(jì)數(shù)最大值為3750。將時(shí)基模塊設(shè)定為時(shí)基周期影子寄存器模式，每當(dāng)計(jì)數(shù)器的值歸零，周期寄存器TBPRD會(huì)立即裝載影子寄存器的值。配置計(jì)數(shù)比較模塊CC。計(jì)數(shù)比較模塊可以將時(shí)基計(jì)數(shù)器的值作為輸入，并不斷地將該值與比較寄存器CMPA和CMPB中的值進(jìn)行比較，一旦時(shí)基計(jì)數(shù)器的值等于其中一個(gè)比較寄存器的值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的事件。采用比較寄存器CMPA來(lái)控制PWM的占空比，每當(dāng)SVPWM輸出不同的，系統(tǒng)就會(huì)相應(yīng)地更新CMPA的值。CMPB設(shè)置為1500，即在20時(shí)時(shí)基計(jì)數(shù)器的值等于CMPB的值。比較模塊也設(shè)置了影子寄存器，和TB模塊的一樣，也是過(guò)零裝載。配置動(dòng)作模塊AC。當(dāng)ePWM模塊產(chǎn)生相關(guān)事件時(shí)，動(dòng)作模塊會(huì)決定是輸出高電平還是低電平。由于需要利用CMPA來(lái)控制系統(tǒng)占空比，因此將CMPA的動(dòng)作設(shè)定為：向上計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)時(shí)基計(jì)數(shù)器的值等于CMPA的值，ePWMxA輸出高電平；向下計(jì)數(shù)時(shí)，發(fā)生同上事件后，ePWMxA輸出低電平。配置死區(qū)模塊DB。ePWM模塊中的三相全橋逆變電路很容易造成短路的問(wèn)題。因此，設(shè)置死區(qū)時(shí)間為20，使能上升沿下降沿雙邊延時(shí)，并且設(shè)ePWMxA輸出極性翻轉(zhuǎn)，ePWMxB輸出極性不翻轉(zhuǎn)。配置事件觸發(fā)模塊ET。系統(tǒng)每產(chǎn)生一個(gè)事件就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)ePWM中斷，并設(shè)置ePWM1模塊在時(shí)基計(jì)數(shù)器為其最大值時(shí)觸發(fā)事件1（ePWM1中斷），ePWM2模塊在計(jì)數(shù)器值等于CMPB時(shí)觸發(fā)事件2（ePWM2中斷）。4.2.3ADC模塊配置ADC模塊使用內(nèi)部參考電壓，時(shí)鐘頻率為25，采樣頻率為12.5，即每0.08進(jìn)行一次采樣。設(shè)置ADC模塊的2個(gè)8狀態(tài)排序器獨(dú)立工作，兩個(gè)排序器按照順序一一進(jìn)行采樣。排序器工作在啟動(dòng)/停止模式下，每當(dāng)有觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，排序器才會(huì)開(kāi)始排序工作。設(shè)定排序器的采樣順序?yàn)椋旱谝淮螌?duì)通道3進(jìn)行采樣，可以得到的值；第二次對(duì)通道1進(jìn)行采樣，可以得到的值；第三次對(duì)通道10進(jìn)行采樣，可以得到的值。4.2.4DMA模塊配置DMA模塊可以將ADC模塊轉(zhuǎn)換完的電流結(jié)果傳送到相應(yīng)的地址中。DMA模塊一共有6個(gè)通道，使能DMA通道1來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換工作。DMA通道的設(shè)置必須與ADC設(shè)置的采樣次數(shù)及轉(zhuǎn)換次數(shù)相匹配。設(shè)源地址為ADC模塊的結(jié)果寄存器0，目標(biāo)地址為DMA模塊的緩沖區(qū)。首先配置DMA內(nèi)循環(huán)，讓DMA從結(jié)果寄存器0開(kāi)始傳送3個(gè)數(shù)據(jù)，由于每個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)傳送5次，因此每傳完一個(gè)數(shù)據(jù)，目標(biāo)地址需要向后移5位，為接下來(lái)的四次數(shù)據(jù)傳輸留下空間。而源地址向后移一位，繼續(xù)傳送下一個(gè)結(jié)果寄存器的值。再配置DMA的外循環(huán)，第一次內(nèi)循環(huán)結(jié)束后，目標(biāo)地址一共后移了10位，源地址后移了2位，所以要將源地址前移2位回到結(jié)果寄存器0。由于原來(lái)的目標(biāo)地址已經(jīng)寫過(guò)數(shù)據(jù)了，因此需要對(duì)該地址的下一位傳送數(shù)據(jù)，所以目標(biāo)地址要前移（10-1）位，回到上一次數(shù)據(jù)傳輸中的第一位地址的下一位。通道1的數(shù)據(jù)傳送工作通過(guò)SEQ1（排序器1）中斷觸發(fā)，工作在連續(xù)模式下，并且在傳送結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生DMA中斷，該中斷會(huì)告知CPU數(shù)據(jù)傳送工作已完成。使用DMA模塊的好處在于，DMA模塊能夠用硬件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器之間、存儲(chǔ)器與IO設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳送，這個(gè)過(guò)程中不需要CPU參與，大大減少了CPU的操作負(fù)擔(dān)。而且存儲(chǔ)器地址的修改和傳送均由硬件自動(dòng)完成，極大程度地提高了數(shù)據(jù)傳輸速度和效率，減少了程序耗時(shí)。4.2.5SPI與RDC模塊配置SPI模塊工作在主/從模式下，其中28335芯片為主控制器，RDC模塊（旋變解碼芯片）為從控制器。設(shè)置SPI模塊通訊速率為低速時(shí)鐘的5分頻，即。由于RDC模塊內(nèi)部設(shè)為8位數(shù)據(jù)字長(zhǎng)，所以將SPI模塊相應(yīng)地設(shè)置一次可傳輸8位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。讀數(shù)據(jù)時(shí)，SPI模塊采用查詢方法，可以主動(dòng)發(fā)出信號(hào)來(lái)查詢旋變解碼芯片中的數(shù)據(jù)。SPI模塊主要的通訊任務(wù)就是進(jìn)行角度信號(hào)與轉(zhuǎn)速信號(hào)的讀取，均在ePWM2中斷內(nèi)進(jìn)行。對(duì)于RDC模塊來(lái)說(shuō)，使用AD2S1210芯片可實(shí)現(xiàn)旋變解碼電路。設(shè)該芯片工作模式為配置模式，激勵(lì)頻率為10，14位分辨率，最大可跟蹤速率為。AD2S1210芯片的位置和速度數(shù)據(jù)分別儲(chǔ)存在地址0x80-0x83中。SPI模塊首先從0x80中讀取位置數(shù)據(jù)，同時(shí)會(huì)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)。此時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)并不是剛剛讀到的位置值，而是將之前存儲(chǔ)在SPI寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)送了出去。而這一個(gè)周期讀到的位置數(shù)據(jù)要在下一個(gè)周期發(fā)送。因此，若需要讀取一次轉(zhuǎn)速或位置信息，必須讓SPI進(jìn)行三次讀取與傳輸工作，這樣才能得到一個(gè)完整的轉(zhuǎn)速/位置數(shù)據(jù)。讀取角度時(shí)主要會(huì)進(jìn)行以下操作：首先更新AD2S1210中的位置與速度信息，隨后利用SPI模塊與RDC模塊進(jìn)行通訊，獲取角度信息。由于SPI模塊要讀取兩次角度數(shù)據(jù)，一次讀取8位，而AD2S1210的分辨率為14位，因此要將讀到的數(shù)據(jù)右移兩位來(lái)確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。隨后，需要通過(guò)換算處理將該14位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的角度值。讀取速度值同理。但需要注意的是，SPI模塊讀取到的16位速度數(shù)據(jù)最高位代表轉(zhuǎn)速方向，1代表正轉(zhuǎn)，0代表反轉(zhuǎn)。若為反轉(zhuǎn)，需要對(duì)該數(shù)據(jù)取補(bǔ)碼才能得到真實(shí)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。具體流程如下圖所示：圖4-2SPI模塊程序流程圖4.3中斷程序設(shè)計(jì)4.3.1ePWM中斷設(shè)計(jì)28335芯片內(nèi)部可以產(chǎn)生多種中斷信號(hào)，本程序中主要用到了ePWM中斷和定時(shí)器中斷。ePWM中斷作為本次程序中的主中斷，中斷周期設(shè)置為100，并主要執(zhí)行以下操作：讀取電流、轉(zhuǎn)速、位置信號(hào)，監(jiān)測(cè)電機(jī)與控制器的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)和位置環(huán)的三閉環(huán)控制。圖4-3ePWM中斷設(shè)置將ePWM中斷分為兩個(gè)子中斷：ePWM1中斷和ePWM2中斷。EPWM1中斷在中斷周期中點(diǎn)處觸發(fā)，主要負(fù)責(zé)電流環(huán)的相關(guān)操作。進(jìn)入ePWM1中斷后，首先會(huì)采集電機(jī)的電流值，此時(shí)采到的電流值為靜止坐標(biāo)系下的電流值。由于最終需要將該電流值反饋到電流環(huán)中，必須經(jīng)過(guò)Clark變換以及Park變換后轉(zhuǎn)換為d-q坐標(biāo)系下的電流值。得到反饋電流值之后，便需要對(duì)電流環(huán)進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷現(xiàn)在的閉環(huán)情況。若系統(tǒng)正處于位置三閉環(huán)或者轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)中，那么電流環(huán)的輸入給定就等于速度調(diào)節(jié)器的輸出值；若系統(tǒng)直接處在電流環(huán)中，那么此時(shí)相當(dāng)于沒(méi)有轉(zhuǎn)速環(huán)和位置環(huán)控制，需要上位機(jī)來(lái)給定。給定和反饋值都得到之后，開(kāi)始進(jìn)行電流環(huán)的計(jì)算，首先算出電流調(diào)節(jié)器的輸出值，再通過(guò)反Park變換及SVPWM算法，在下一個(gè)周期更新比較寄存器CMPA的值，改變占空比，輸出相應(yīng)的六路方波來(lái)控制電機(jī)輸出新的電流值，該電流值經(jīng)過(guò)Clark變換和Park變換后作為電流環(huán)的反饋電流。最后還需要進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，再重復(fù)以上操作。ePWM2中斷主要進(jìn)行角度讀取和轉(zhuǎn)速讀取工作，一般會(huì)花費(fèi)20左右時(shí)間，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，因此選擇在時(shí)觸發(fā)中斷。該中斷的讀取角度和轉(zhuǎn)速的具體操作在5.1.5中已經(jīng)詳細(xì)做過(guò)介紹，故不再贅述。4.3.2定時(shí)器中斷設(shè)計(jì)相較于電流環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)和位置環(huán)的計(jì)算不需要ePWM中斷那樣大的中斷頻率，因此將這兩個(gè)環(huán)的相關(guān)操作放在了定時(shí)器中斷內(nèi)。將定時(shí)器中斷頻率設(shè)置為1，中斷周期為1。定時(shí)器中斷內(nèi)會(huì)對(duì)位置環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)器運(yùn)算，最終目的都是獲得速度調(diào)節(jié)器的輸出來(lái)作為電流環(huán)的輸入。首先系統(tǒng)仍然要判斷現(xiàn)在系統(tǒng)的閉環(huán)情況，但此時(shí)只需判斷是位置三閉環(huán)還是轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)。若是轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)，此時(shí)不存在位置環(huán)，所以轉(zhuǎn)速輸入需要通過(guò)上位機(jī)給定，反饋轉(zhuǎn)速為旋變解碼芯片中的速度值，之后便直接進(jìn)行速度環(huán)PI計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)速輸出。若為位置環(huán)，此時(shí)將ePWM2中得到的角度值換算成實(shí)際的負(fù)載端角度信息，作為反饋角度。隨后依次進(jìn)行位置調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的計(jì)算，最后獲得轉(zhuǎn)速輸出值。4.4位置前饋控制程序設(shè)計(jì)在5.1節(jié)和5.2節(jié)中主要完成了主程序和中斷程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂的永磁同步電機(jī)傳統(tǒng)三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。若要加入位置前饋控制，只需要在5.2節(jié)中所提到的兩個(gè)中斷程序中加上位置前饋控制的內(nèi)容即可。位置前饋控制的主要程序放在定時(shí)器中斷中。若系統(tǒng)判定目前正處于位置前饋控制系統(tǒng)中，便會(huì)執(zhí)行前饋控制的相關(guān)操作。前饋控制程序會(huì)涉及到位置正弦給定曲線的生成程序。給定正弦曲線的頻率以及幅值由上位機(jī)進(jìn)行給定，程序會(huì)自動(dòng)計(jì)算出給定曲線的角速度。而給定正弦幅值為機(jī)械臂的角度信號(hào)，所以還需要換算為電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。實(shí)現(xiàn)前饋控制，只需要在該子程序中計(jì)算出前饋幅值即可，根據(jù)3.2節(jié)推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速前饋幅值和電流前饋幅值的計(jì)算公式： （42） （43）其中，為轉(zhuǎn)速前饋幅值，為轉(zhuǎn)速前饋的衰減系數(shù)，為正弦給定信號(hào)的幅值，為正弦給定信號(hào)的角速度，乘以60代表的單位換算。為電流前饋幅值，為電流衰減系數(shù)，為電流與轉(zhuǎn)矩之比。隨后直接將生成的位置正弦給定曲線作為位置調(diào)節(jié)器的輸入進(jìn)行計(jì)算，再將輸出的轉(zhuǎn)速值與前饋轉(zhuǎn)速值相加后作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的計(jì)算。最后，在定時(shí)器中斷中會(huì)直接對(duì)電流前饋值進(jìn)行處理，將正弦給定子程序中計(jì)算得到的前饋電流與轉(zhuǎn)速環(huán)的輸出電流值相加，得到電流給定之和。對(duì)ePWM1中斷進(jìn)行修改。同樣，若系統(tǒng)判斷目前處在前饋控制系統(tǒng)中，便會(huì)將定時(shí)器中斷中計(jì)算出的之和作為電流環(huán)的給定，之后再進(jìn)入電流環(huán)的運(yùn)算程序。4.5位置模糊控制程序設(shè)計(jì)模糊控制程序只需要修改定時(shí)器中斷，將原本的位置環(huán)PI控制器更改為模糊PI控制器程序即可。而模糊控制程序的設(shè)計(jì)，只需根據(jù)模糊控制的操作步驟，一步一步地編寫程序。具體流程如圖4-4所示。第一步，定義模糊變量。為了方便后續(xù)的程序設(shè)計(jì)，將七個(gè)模糊子集賦值為，并設(shè)置四個(gè)長(zhǎng)度都為7的數(shù)組，用來(lái)保存這四個(gè)量對(duì)各個(gè)模糊子集的隸屬度。額外定義兩個(gè)長(zhǎng)度為7的數(shù)組和，這兩個(gè)數(shù)組用來(lái)記錄兩個(gè)對(duì)七個(gè)模糊子集的“特征值”。特征值為模糊子集的中點(diǎn)，即模糊子集中三角形隸屬度最大點(diǎn)的橫坐標(biāo)。圖4-4模糊控制程序流程圖第二步，求輸入量的隸屬度。先求出位置誤差，誤差變化率等于當(dāng)前位置誤差減去前一次的位置誤差，并且以適當(dāng)?shù)谋壤龑⑦@兩個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)換到論域[-6,6]中。根據(jù)圖3-11中的三角形隸屬度函數(shù)公式，求出輸入量和對(duì)七個(gè)模糊子集的隸屬度，得到的數(shù)據(jù)保存在對(duì)應(yīng)的數(shù)組和中。一般情況下，每個(gè)輸入量最多會(huì)有兩個(gè)數(shù)組的隸屬度值會(huì)大于0。通過(guò)兩層for循環(huán)嵌套，找出和隸屬度大于0的數(shù)組編號(hào)。第三步，查詢模糊規(guī)則表。模糊規(guī)則表可以直接通過(guò)if語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)，其表達(dá)形式如圖所示，其中變量的值可以根據(jù)表1和表2進(jìn)行更改。根據(jù)第二步最后得到的數(shù)組編號(hào)，便可以得到和的模糊輸出，記錄和數(shù)組中。圖4-5模糊規(guī)則表程序表達(dá)式第四步，去模糊化。去模糊化公式參照式x。只需要將七個(gè)隸屬度與對(duì)應(yīng)的七個(gè)特征值相乘之后再求和，最后除以隸屬度之和便可以得到和的輸出值。 通過(guò)第三步和第四步便可以看出第一步中給模糊子集賦值的意義。賦值不僅方便了在程序中建立輸入量與輸出量的模糊規(guī)則關(guān)系，還可以使每個(gè)模糊子集的特征值數(shù)組和隸屬度數(shù)組中的值一一對(duì)應(yīng)，大大地簡(jiǎn)化了去模糊化程序的設(shè)計(jì)。五．基于TMS320F28335的實(shí)驗(yàn)及分析5.1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5.2機(jī)械臂伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析5.2.1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。控制器由直流穩(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）5.2.2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升系統(tǒng)的位置精度與響應(yīng)速度。且與第三章中仿真結(jié)果一樣，系統(tǒng)的控制性能從好到壞依次為：模糊前饋控制>前饋控制>>模糊控制>傳統(tǒng)PI控制?？偨Y(jié)與展望永磁同步電機(jī)誕生至今，其運(yùn)用范圍越來(lái)越廣泛，尤其是今年來(lái)比較火熱的機(jī)器人領(lǐng)域。而機(jī)械臂作為機(jī)器人自動(dòng)化領(lǐng)域中不可或缺的一部分，使用永磁同步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的精確化控制成為了目前的一大研究?jī)?nèi)容。由于永磁同步電機(jī)傳統(tǒng)三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的控制能力有限，需要通過(guò)使用控制策略來(lái)提高永磁同步電機(jī)對(duì)機(jī)械臂的控制性能。本文在對(duì)永磁同步電機(jī)的三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)上，增加了位置前饋控制、位置模糊控制、位置滑?？刂萍拔恢媚：梆伩刂?，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂控制系統(tǒng)的性能提升。同時(shí)，結(jié)合TMS320F28335控制芯片，對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。本文完成的主要工作如下：自學(xué)《現(xiàn)代永磁同步電機(jī)控制原理及MATLAB仿真》及《手把手教你學(xué)DSP》兩本教材，在網(wǎng)上查閱了國(guó)內(nèi)外與永磁同步電機(jī)控制策略以及DSP芯片的有關(guān)文獻(xiàn)，研究永磁同步電機(jī)三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的控制原理、控制策略原理與其應(yīng)用方法以及28335芯片的相關(guān)知識(shí)?；谒鶎W(xué)的內(nèi)容，再結(jié)合實(shí)際中的機(jī)械臂控制系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，給定正弦輸入信號(hào)，并整定了三閉環(huán)PI參數(shù)，最終在MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)上搭建了機(jī)械臂的永磁同步電機(jī)三閉環(huán)控制系統(tǒng)。為了進(jìn)一步提升控制系統(tǒng)的性能，在（2）的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了位置環(huán)前饋控制、模糊控制、滑?？刂坪湍：梆伩刂七@四種控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，這些控制策略有效地提升了位置環(huán)的控制性能。由于滑?？刂拼嬖趨?shù)整定的問(wèn)題，沒(méi)有進(jìn)行深入研究。在TI公司開(kāi)發(fā)的CCS5.5平臺(tái)上，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂位置前饋控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)及前饋模糊控制系統(tǒng)程序，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這三種不同的控制策略對(duì)系統(tǒng)的位置精度及響應(yīng)速度有不同程度的改善，其中模糊前饋控制的控制系統(tǒng)的性能最好。本文基本實(shí)現(xiàn)了課題的主要研究?jī)?nèi)容，但由于時(shí)間與個(gè)人能力有限，留下了一些問(wèn)題，可以通過(guò)以下兩點(diǎn)進(jìn)行完善：（1）滑?？刂频母倪M(jìn)。實(shí)現(xiàn)滑?？刂频姆绞接泻芏喾N，本文只是運(yùn)用了其中一種比較簡(jiǎn)單且直接的滑?？刂品椒?。若使用新型的滑模面函數(shù)，或采用控制效果更好的趨近律函數(shù)，再或者運(yùn)用模型參考自適應(yīng)滑?？刂芠31]等復(fù)合控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)滑?？刂频鹊?，相信總有一種方法可以改善滑?？刂频膯?wèn)題。（2）由于本文內(nèi)容主要基于軟件方面來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的位置控制，28335芯片的硬件部分直接采用了實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的硬件電路，因此文中并沒(méi)有涉及到硬件部分的設(shè)計(jì)，只是做了簡(jiǎn)單的介紹。若能加入硬件電路的設(shè)計(jì)，課題的內(nèi)容會(huì)更加充實(shí)，同時(shí)也能夠針對(duì)本文設(shè)計(jì)的幾種控制系統(tǒng)來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的硬件電路，使系統(tǒng)達(dá)到更好的控制效果。參考文獻(xiàn)[1]唐麗嬋,齊亮.永磁同步電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].裝備機(jī)械,2011(1):7-12.[2]于旭東.淺談?dòng)来磐诫姍C(jī)伺服系統(tǒng)及其現(xiàn)狀[J].黑龍江科技信息,2013(1):89.DOI:10.3969/j.issn.1673-1328.2013.0