引言

微型化智能伺服驱动器是当今世界上最重要的研究方向之一。在此基础上，提出了一种基于模糊神经网络的高精度运动控制方法。所以，对微型化智能伺服驱动器进行优化设计是十分必要的。

1  微型化智能伺服驱动器的设计要求

对微型化智能伺服驱动器提出了如下要求：

①尺寸小：执行机构必须是小型的，易于与微系统相结合。

②高精度：为实现高精度、高速度、高速度的运动控制，实现高精度、高速度、高速度的伺服机构。

③低功率消耗：为了延长电池的使用寿命或者减少能量消耗，执行器必须具备较低的功率消耗。

④智能化：执行机构必须具备自诊断、自适应、自修复等智能控制功能。

2  微型化智能伺服驱动器设计

为了解决这一问题，本论文提出了一种基于三相 PWM马达驱动芯片WRE2688795来实现三相驱动，使驱动电压设定在50 V以下，连续相电流最少10 A，最大15 A。对任意一种复杂的驱动器，其定标系数和量化系数都是必需的。根据微型化智能伺服驱动器的工作特性，提出了一种基于隶属函数的尺度系数与量化系数的计算方法。

设驱动模块中的比例因子为 z，可得式：

（1）

其中， b为输入量隶属函数、 a为输出变量的隶属度函数、 u为电动机的当前角、 c为电动机的目前速度、 d为输出量的控制表面。在驱动组件中的定标系数由公式（1）获得。针对驱动环节中量化因素的计算问题，提出了一种基于“重心法”的模糊集求解方法，该方法具有较高的精度。假设在驱动组件中的量化系数是 n，那么有：

n=p+i{E,e}p（2）

基于此，p为输入量的修正值、 i为给定马达速度、 E为相线电流、 e为马达额定功率。由公式（2）求出驱动组件的量化系数，并以15 pf步长估计出容量的范围为15 pf至1024 pf。鉴于 ARM控制器一般包含多个性能相容性指标（多目标），本项目拟通过对多个子目标进行加权求和，将多目标优化问题转化为单目标优化问题。在此基础上，将 ARM芯片的频谱特性曲线和 ARM芯片的特性曲线相结合，得到了该算法在单目标下的可靠度，并得到了相应的自适应函数。如果用 f来表示 ARM微处理器的自适应功能，那么它的计算公式如下：

（3）

其中，s 是自变量，e 是采样频率。在理想 ARM 微处理器的条件下，其最大数值为 30 000。CAN 主要用于连接串口电路与 ARM 微处理器，本文不对其进行过多研究，而是通过串口电路、ARM 微处理器以及 CAN 实现微型化智能伺服驱动器的设计。

3  实验结果与分析

3.1　实验准备

本次实验选用 微米工艺库，其工作电压为 4.5 V，计算机选用 Uicrv-18 工作站，其 CPU 大小为500，内存为 512 MB。选取的种群样本大小为 100，进行代数 200 代，设置初始交叉概率为 0.98，初始变异概率为 0.25。

在此基础上，本项目拟以30 Hz为预设频率参数，通过对CC2530器件的调整，触发 ARM处理器，直到 Degee监控器的数值变化，采用所发展的智能型伺服驱动器和传统的智能型伺服驱动器的设计方法，以常规的智能伺服驱动器为控制对象，以常规的智能伺服驱动器设计方法为控制组。在试验中，我们以智能型伺服驱动器的驱动转速作为本次比较试验的验证指标，同时也考虑了直流增益的影响。

3.2　实验结果与分析

在此基础上，设计了 BLDCM的控制器和驱动器，并利用 CAN总线对 BLDCM进行了实时控制。PC机通过 CAN总线改变电动机的设定速度来控制电动机的速度，还可通过设定转角来调整电动机的转角。该智能控制器输出的电动机相位电压波形见图1。如图，上面是 A，下面是 B，两相之间的电角相差120度，所以，这台智能型的驱动装置可以输出三路不同电角，来控制 BLDCM。本试验所使用的马达，其额定电压为24 V，额定功率为60 W，额定转速为3000转/分。以 Kp=9、 Ki=18、 Kd=0.05为初值，设置1000 r/min的速度，在3秒内将设定的转速调整到1500 r/min。利用 MATLAB软件，以1/(0.0039s2+1.683 s+0.049）为目标，构建了一套基于 PID的自适应模糊 PID算法仿真模型。

图 1 BLDCM 相电压波形

在给定的转速范围内，在1000 r/min的情况下，伺服驱动器的调整时间约为0.4秒，超调为1.2%，而在设定的速度为1 500 r/min时，其调整时间约为0.16秒，不存在超调。通过分析可知，在平稳状态下，实际转速基本上保持在给定的范围内，其稳态精度为0.3%。

在实际试验中，将一台带减速装置的直流电动机与控制系统的 BLDCM连接，使其在空载及负载状态下，驱动电机转动，而直流电动机则为3Ω电阻提供动力。在24 V的 BLDCM输入下，在空载和负载情况下，母线电流分别为0.07 A和0.18 A。结果表明： BLDCM在负载情况下，其超调量较大，调节时间较长，且具有较好的稳定性。

结语

本论文研究了微型化智能伺服驱动器的优化设计，从软、硬件及控制算法三方面进行了研究。试验证明，该系统在体积、性能、功耗及智能化等性能上都有较大提高，为其实用化提供了强有力的支撑。在此基础上，本项目还将对其进行深入的研究，以适应日益增长的实际需求。

参考文献

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