一种新型的智能电机控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种新型的智能电机控制器，包括：控制器，所述控制器依次通过驱动器以及霍尔元件将信号传递给电机；输入单元，所述输入单元用于电机的参数设定；所述霍尔元件用于检测电机的相电流，并将该相电流进行A/D转换后反馈至控制器；还包括光电编码器，所述电机通过光电编码器连接有控制器，所述光电编码器将电机的旋转角度转换为正交的电脉冲信号，控制器根据该反馈的电脉冲信号跟踪电机的旋转位置；所述控制器根据输入的位置值和位置反馈值来计算电机位置的误差值，经过驱动器产生电机速度控制信号，能够改善伺服电机系统的动静态控制品质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制领域，特别涉及一种新型的智能电机控制器。
技术介绍
交流伺服电机具有结构简单，成本低廉，体积小，重量轻，大转矩输出，低惯量和良好的控制性能等优点，可以直接将控制电信号转换为转轴的机械转动，并且伺服电机的定位精度相当高，已广泛应用于自动控制系统和自动检测系统中作为执行元件。目前国内外针对伺服驱动系统高速度、高精度的要求，提出了许多高性能的控制算法。比如采用遗传算法对伺服电机的PID控制器进行参数整定，虽然采用遗传算法能够取得理想的控制效果。但是遗传算法本身存在着“早熟”现象，即算法对新空间的探索能力是有限的，很容易收敛到局部最优解。在模糊逻辑算法中，由于模糊规则设计需较强的工程经验，前期调试过程耗时较长，对隶属函数的选取要求较高，需有合适的调试方式及丰富的调试经验，对知识库的依赖较强，通过机器学习方式建立知识库的问题有待研究。但是这些控制算法都是基于传统的硬件结构，伺服驱动器只能采用某种固定的控制算法，系统不能根据工作环境、负载状态的变化实时地调整控制算法和控制参数，不能充分发挥不同控制算法的性能特点，在伺服电机定位过程中，都对定位精度很大的影响。
技术实现思路
本专利技术索要解决的问题就是提供一种新型的智能电机控制器，能够改善伺服电机系统的动静态控制品质，系统采用粒子群优化算法(PSO)对电机系统PID控制器进行参数整定控制。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种新型的智能电机控制器，包括：控制器，所述控制器依次通过驱动器以及霍尔元件将信号传递给电机；输入单元，所述输入单元用于电机的参数设定；所述霍尔元件用于检测电机的相电流，并将该相电流进行A/D转换后反馈至控制器；还包括光电编码器，所述电机通过光电编码器连接有控制器，所述光电编码器将电机的旋转角度转换为正交的电脉冲信号，控制器根据该反馈的电脉冲信号跟踪电机的旋转位置；所述控制器根据输入的位置值和位置反馈值来计算电机位置的误差值，经过驱动器产生电机速度控制信号。在本专利技术的一个优选实施例中，所述控制器与驱动器之间还设置有光隔，控制器根据输入单元输入的参数产生PWM信号，该PWM信号通过光隔传输与其他控制电路与功率电路隔离。在本专利技术的一个优选实施例中，所述输入单元为键盘。在本专利技术的一个优选实施例中，所述霍尔元件为霍尔传感器。在本专利技术的一个优选实施例中，所述控制器采用ARM+DSP+FPGA三核架构，其中ARM控制数据采集部分，完成板间通讯及界面显示等功能；DSP负责算法处理、发送经过处理的数据和与FPGA通信；FPGA用于接收各种键盘输入以及DSP传送的数据。在本专利技术的一个优选实施例中，所述驱动器产生电机速度控制信号的PID控制器参数利用PSO算法整定PID控制器参数，其中PSO算法的目标函数： f ( x ) = ∫ 0 ∞ ( ω 1 | e ( t ) | + ω 2 u ( t ) 2 ) d t + ω 3 t u - - - ( 1 ) ]]>上式中，|e(t)|表示系统误差绝对值、u(t)表示控制器输出参数，ω1、ω2、ω3为权系数，tu表示上升时间。在本专利技术的一个优选实施例中，基于PSO算法的PID控制器参数整定的具体步骤如下：步骤(1)由于待寻优的参数是因此算法搜索维数为K＝3(有3个参数)；(2)粒子寻优过程中粒子xi(i＝1,2,…n)的位置代表需要优化的参数，则粒子速度代表移动的速度；(3)初始化种群的所有粒子信息，包括粒子的速度vi、位置xi、个体最优值pi，计算出适应度值pbest(i)，选取X1来初始化全局最优值Pg，计算其对应的适应度值Gbest＝f(x1)；(4)对于粒子xi通过(1)式计算出其适应度值f(xi)，若f(xi)〈pbest(i)，则令Pi＝xi，若f(xi)〈Gbest(i)，则令Pg＝xi，pbest(i)表示粒子xi经过最好位置pi的适应度值，Gbest(i)表示所有粒子经过最好位置Pg的适应度值，其值越小，表示粒子寻优效果越好；(5)更新寻优粒子的速度vi、位置xi，若更新后的速度大于vmax时，通过(1)式进行速度限制，同时在迭代寻优过程中通过式(1)来调整惯性权值，最好计算出每一次寻优的适应度函数；(6)经过粒子群优化算法的反复迭代，若满足事先设定的终止迭代条件或达到最大迭代次数，则停止寻优；反之继续迭代循环搜索直到满足条件或达到最大迭代次数为止；当粒子群优化算法结束寻优后，输出最优优化结果和寻优参数。在本专利技术的一个优选实施例中，所述ARM采集经过AD转换后的霍尔传感器的速度信息，和预设值进行比较，得到系统的误差e(t)，利用syslink进行双核OMAPl138的DSP共享内存区通信，同时通过中断方式实现ARM和DSP数据的实时更新和共享；DSP将ARM共享的数据进行处理，将(1)式作为粒子群的目标函数，利用DSP C6748高速实时的数据处理能力，在DSP中实现粒子群算法，输出最终的PID控制器参数FPGA核接收键盘输入的各种控制信息，如速度的预设值等参数，再通过OMAPl38的EMIF高速数据接口，接收DSP算法后的粒子群算法输出的PID控制器的三个参数进行电机的PWM控制。通过以上技术方案，本专利技术的技术优点在于：本专利技术提高交流伺服电机的控制精度，采用闭环的控制方式，引进智能控制算法以提高电机位置的控制精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构框图。图2为本专利技术的控制器的工作框图。图3为本专利技术的霍尔传感器的电路图。图4为本专利技术的A/D转换电路图。具体实施方式下面结合附图说明和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。参照图1，一种新型的智能电机控制器，包括：控制器，所述控制器依次通过驱动器以及霍尔元件将信号传递给电机；输入单元，所述输入单元用于电机的参数设定；所述霍尔元件用于检测电机的相电流，并将该相电流进行A/D转换后反馈至控制器；还包括光电编码器，所述电机通过光电编码器连接有控制器，所述光电编码器将电机的旋转角度转换为正交的电脉冲信号，控制器根据该反馈的电脉冲信号跟踪电机的旋转位置；所述控制器根据输入的位置值和位置反馈值来计算电机位置的误差值，经过驱动器产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的智能电机控制器，其特征在于，包括：控制器，所述控制器依次通过驱动器以及霍尔元件将信号传递给电机；输入单元，所述输入单元用于电机的参数设定；所述霍尔元件用于检测电机的相电流，并将该相电流进行A/D转换后反馈至控制器；还包括光电编码器，所述电机通过光电编码器连接有控制器，所述光电编码器将电机的旋转角度转换为正交的电脉冲信号，控制器根据该反馈的电脉冲信号跟踪电机的旋转位置；所述控制器根据输入的位置值和位置反馈值来计算电机位置的误差值，经过驱动器产生电机速度控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种新型的智能电机控制器，其特征在于，包括：控制器，所述控制器依次通过驱动器以及霍尔元件将信号传递给电机；输入单元，所述输入单元用于电机的参数设定；所述霍尔元件用于检测电机的相电流，并将该相电流进行A/D转换后反馈至控制器；还包括光电编码器，所述电机通过光电编码器连接有控制器，所述光电编码器将电机的旋转角度转换为正交的电脉冲信号，控制器根据该反馈的电脉冲信号跟踪电机的旋转位置；所述控制器根据输入的位置值和位置反馈值来计算电机位置的误差值，经过驱动器产生电机速度控制信号。2.根据权利要求1所述的一种新型的智能电机控制器，其特征在于，所述控制器与驱动器之间还设置有光隔，控制器根据输入单元输入的参数产生PWM信号，该PWM信号通过光隔传输与其他控制电路与功率电路隔离。3.根据权利要求1所述的一种新型的智能电机控制器，其特征在于，所述输入单元为键盘。4.根据权利要求1所述的一种新型的智能电机控制器，其特征在于，所述霍尔元件为霍尔传感器。5.根据权利要求1-4之一所述的一种新型的智能电机控制器，其特征在于，所述控制器采用ARM+DSP+FPGA三核架构，其中ARM控制数据采集部分，完成板间通讯及界面显示等功能；DSP负责算法处理、发送经过处理的数据和与FPGA通信；FPGA用于接收各种键盘输入以及DSP传送的数据。6.根据权利要求5所述的一种新型的智能电机控制器，其特征在于，所述驱动器产生电机速度控制信号的PID控制器参数利用PSO算法整定PID控制器参数，其中PSO算法的目标函数： f ( x ) = ∫ 0 ∞ ( ω 1 | e ( t ) | + ω 2 u ( t ) 2 ) d t + ω 3 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨萍，张玉杰，兀旦晖，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61