1、引言逆變電源系統(tǒng)是一個多變量、非線性、時變的系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的數(shù)字PID 控制只有在系統(tǒng)模型為非時變的情況下，才能獲得理想的效果，并且PID 參數(shù)的整定具有一定的局域性，無法從根本上解決動態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度的矛盾；而單一的模糊控制對非線性時變的系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力，但其消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的性能比較差。所以本系統(tǒng)在控制策略上引入了模糊-PID 控制，將模糊控制與數(shù)字PID 控制相結(jié)合，利用模糊控制規(guī)則在線對PID 參數(shù)進行修改，構(gòu)成了參數(shù)模糊自整定PID 控制器，彌補了單一的數(shù)字PID 控制和模糊控制的不足；在控制核心的選擇上，選取TMS320F2812DSP 芯片為控制核心，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能

2、力，同時該芯片具有豐富的接口電路，方便了系統(tǒng)的設(shè)計。通過Mat -lab 仿真實驗證明，參數(shù)模糊自整定PID 控制提高了輸出正弦波的質(zhì)量，改善了逆變電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。1逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖1是逆變電源系統(tǒng)主電路拓撲結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)采用單相全橋逆變電路，選擇MOSFET 作為主控器件，以TMS320F2812DSP 芯片為逆變電源系統(tǒng)的控制核心。該芯片具有精度高、處理速度快、內(nèi)部資源豐富等優(yōu)點，其內(nèi)部集成2個事件管理器模塊（EVA和EVB ）、ADC 模塊等。每個事件管理器模塊包括定時器、比較器、PWM 邏輯電路以及中斷邏輯電路等，其中定時器/比較器用于事件定時、采樣環(huán)路和PWM 的生成；A

3、DC 模塊將外部模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。用TMS320F2812DSP 芯片通過規(guī)則采樣法產(chǎn)生2路SPWM 信號，這2路信號分別經(jīng)2個隔離驅(qū)動IR2104控制4個MOSFET 管，在輸入直流電壓為310340V 時，輸出220V 、50Hz 的交流電壓。同時系統(tǒng)實時監(jiān)控輸出電壓，并通過電壓采樣電路實現(xiàn)電壓的閉環(huán)控制。由于采用傳統(tǒng)的數(shù)字PID 控制無法同時滿足動態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度的要求，故需要引入一種合適的控制策略，使系統(tǒng)在改善動態(tài)品質(zhì)的同時也提高了穩(wěn)態(tài)精度。圖1逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖基于DSP 的模糊PID 控制逆變電源的研究王艷，劉楊斌，歐陽名三（安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)

4、院，安徽淮南232001）摘要：針對逆變電源系統(tǒng)中傳統(tǒng)數(shù)字PID 控制的參數(shù)整定具有一定的局域性，無法從根本上解決動態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度的矛盾，而單一的模糊控制也難以達到較高的控制精度，引入了一種模糊-PID 控制方案。該方案將模糊控制與PID 控制的優(yōu)勢相結(jié)合，并結(jié)合DSP 控制芯片實時地對PID 參數(shù)進行調(diào)整。仿真結(jié)果表明，該控制方案使得系統(tǒng)在改善動態(tài)品質(zhì)的同時也提高了穩(wěn)態(tài)精度。關(guān)鍵詞：逆變電源；模糊-PID 控制；數(shù)字信號處理器中圖分類號：TM61文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：10030794（2011）09006703Research of Inverter Power of Fuzzy PI

5、D Control Based on DSPWANG Yan ，LIU Yang-bin ，OUYANG Ming-san（College of Electrical and Information Engineering ，Anhui University of Science and Technology ，Huainan 232001，China ）Abstract:In view of traditional digital PID control parameter installation has certain localization in contravariant syst

6、em, is unable to solve contradiction between dynamic quality and precision of stable state fundamentally, also sole fuzzy control achieved high control precision difficulty, has introduced fuzzy-PID control. This plan will blur superiority of fuzzy control and PID control, and unifies DSP control ch

7、ip to carry on adjustment to PID parameter real-time. The simulation result indicated that, this control plan caused system also to increase stable state precision during improvement dynamic quality.Key words:inverter power supply ；fuzzy-PID control ；digital signal processor 煤礦機械Coal Mine MachineryV

8、ol. 32No.09Sep. 2011第32卷第09期2011年09月R 1R 2R 3R 6R 7R 6R 9R 10R 11R 13R 14R 15IR2104IR2104PWM1PWM2采樣電壓DSP 2812VD 1VT 1VD 3VT 3R 12R 4C 1C 3VD 4VD 2VT 2VT 4C 5L 1R 16C4R 8C 2+-2參數(shù)模糊自整定PID 控制的實現(xiàn)2.1模糊-PID 控制結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)在電壓閉環(huán)控制中引入了模糊-PID 控制。將模糊控制和PID 控制的優(yōu)點相結(jié)合，彌補了單一控制策略的不足。并由TMS320F2812DSP 控制芯片完成運算、處理，實時地改變2路SPW

9、M 信號的脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)輸出電壓，達到使輸出更為穩(wěn)定、精確的目的。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2基于DSP 模糊-PID 控制結(jié)構(gòu)圖2.2模糊-PID 控制器設(shè)計（1）模糊-PID 控制器實現(xiàn)思想本系統(tǒng)中采用的是二維輸入模糊控制器，輸入量為給定電壓與實際電壓的偏差E 和偏差變化率EC ，輸出量為PID 的3個參數(shù)的修正K p 、K i 、K d 。先找出K p 、K i 、K d 與E 和EC 之間的模糊關(guān)系，再根據(jù)模糊控制規(guī)則進行模糊推理，對參數(shù)進行在線調(diào)整，將算出的參數(shù)帶入下式計算K p K p 0K pK i K i 0K iK d K d 0K dd d d d d d d d

10、d d d（1）其中，K p 0、K i 0、K d 0為PID 參數(shù)的初始設(shè)計值，由控制系統(tǒng)的特性決定。這樣就實現(xiàn)了在不斷調(diào)整K p 、K i 、K d 的同時，也實時改變了PID 的3個控制參數(shù)。（2）模糊-PID 控制器的參數(shù)自整定算法規(guī)定模糊輸入、輸出量的模糊集合為NB,NM, NS,ZO,PS,PM,PB ；輸入量E 和EC 的論域為-6,6。為了用DSP 實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的方便，模糊輸入量的隸屬函數(shù)采用線性函數(shù)，其論域所對應(yīng)的模糊語言變量的隸屬函數(shù)如圖3所示。圖3輸入變量E 和EC 的隸屬度函數(shù)通常情況下，不同的偏差和偏差變化率對PID 參數(shù)的自整定要求不同。偏差較大時，為使系統(tǒng)響應(yīng)加

11、快，且要避免較大的超調(diào)，要加強比例作用，減弱微分作用，去掉積分作用；偏差和偏差變化率中等大小時，為使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào)以及參數(shù)取值對系統(tǒng)影響較小，要減弱比例作用，選取適當(dāng)?shù)姆e分和微分作用；偏差取值較小時，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能，同時為避免系統(tǒng)在平衡點附近出現(xiàn)振蕩，要加強比例和積分作用，選取適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔?。根?jù)以上規(guī)則，并結(jié)合實際操作經(jīng)驗，得到模糊輸入、輸出變量的規(guī)則表，如表1所示。表1模糊控制規(guī)則表根據(jù)模糊規(guī)則表，將輸入模糊集合映射成輸出模糊集合，再利用去模糊化得到輸出變量查詢表。控制芯片DSP 就可以通過對模糊規(guī)則的處理，實時運算，實現(xiàn)對PID 參數(shù)的在線調(diào)整。3仿真結(jié)果根據(jù)以上分析

12、，對模糊-PID 逆變電源系統(tǒng)進行了仿真。本系統(tǒng)輸入直流電壓為310340V ，MOS -FET 開關(guān)頻率為15k ，載波比N =300，輸出220V 、50Hz 的正弦波。仿真波形如圖4、圖5所示。（a ）傳統(tǒng)數(shù)字PID 控制下仿真波形（b ）傳統(tǒng)數(shù)字PID 控制下輸出電壓THD圖4仿真波形1. 電壓給定2. 輸出電壓NB NM NS ZO PS PM PBPB/NB/PSPB/NB/PSPM/NB/ZOPM/NM/ZOPS/NM/ZOPS/ZO/PBZO/ZO/PBPB/NB/NSPB/NB/NSPM/NM/NSPM/NM/NSPS/NS/ZOZO/ZO/NSZO/ZO/PMPM/NM/N

13、BPM/NM/NBPM/NS/NMPS/NS/NSZO/ZO/ZONS/PS/PSNM/PS/PMPM/NM/NBPS/NS/NMPS/NS/NMZO/ZO/NSNS/PS/ZONM/PS/PSNM/PM/PMPS/NS/NBPS/NS/NMZO/ZO/NSNS/PS/ZONS/PS/ZONM/PM/PSNM/PM/PSZO/ZO/NMZO/ZO/NSNS/PS/NSNM/PM/NSNM/PM/ZONM/PB/PSNB/PN/PSZO/ZO/PSNS/ZO/ZONS/PS/ZONM/PM/ZONM/PB/ZONB/PB/PBNB/PB/PBEC K p /K i /K d NBNMNS ZO

14、PSPMPB第32卷第09期VT 3VT 2VT 4+-SPWM 調(diào)制控制器濾波電路模糊控制器電壓采樣EEC U nf+-TMS320F2812DSPPIDK p +K pK i +K iK d +K dK pK iK dd d t-6-4-224600.51.0NB NMNSZOPSPMPB0.020.10時間/s-300U /U o u t /1:100V /格2頻率/Hz200040006000800010000各次諧波所占百分比/%（a ）模糊-PID 控制下仿真波形（b ）模糊-PID 控制下輸出電壓THD圖5仿真波形電壓給定輸出電壓圖4和圖5給出了阻性負載時傳統(tǒng)數(shù)字PID 控制和模

15、糊-PID 控制下的仿真波形?？梢钥闯?，與傳統(tǒng)的數(shù)字PID 控制策略相比，參數(shù)模糊自整定PID 控制的逆變電源系統(tǒng)輸出電壓能更好地跟蹤給定電壓，輸出電壓穩(wěn)態(tài)誤差小，THD 較低，其快速性能和穩(wěn)態(tài)性能均得到了改善，達到了系統(tǒng)在改善動態(tài)品質(zhì)的同時也提高了穩(wěn)態(tài)精度的要求。參考文獻：1歐陽名三. 戶用光伏電源模糊自適應(yīng)PID 控制方法的研究J . 電力電子技術(shù)，2003（4）：35-37.2謝芳. 基于DSP 的逆變電源研究D . 武漢：武漢理工大學(xué)，2006. 3蘇奎峰. TMS320X281x DSP 原理及C 程序開發(fā)M . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.4鄭浩鑫. 模糊PID 數(shù)字控

16、制器系統(tǒng)的仿真與設(shè)計J . 機械工程與自動化，2009（2）：121-123.5李國勇. 智能控制及其MATLAB 實現(xiàn)M . 北京：電子工業(yè)出版社，2005.作者簡介：王艷（1987-），女，山東單縣人，研究生，研究方向為智能控制，電子信箱：sdsxyanzi.責(zé)任編輯：盧盛春收稿日期：20110308煤礦機械Coal Mine MachineryVol. 32No.09Sep. 2011第32卷第09期2011年09月!新型球面圓弧錐齒輪嚙合原理的研究王昱潭，段建中，邵金龍（寧夏大學(xué)機械工程學(xué)院，銀川750021）摘要：通過研究端面圓柱圓弧齒輪的嚙合原理，根據(jù)漸開線齒輪齒廓嚙合基本定理，利

17、用確定傳動比的方法推導(dǎo)出端面齒廓為圓弧的球面錐齒輪嚙合原理，為后續(xù)的球面圓弧錐齒輪的理論研究奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：端面齒廓；球面；錐齒輪；嚙合原理中圖分類號：TH132.4文獻標(biāo)志碼：A文章編號：10030794（2011）09006903Research on New Type of Spherical Arc Bevel Gears Meshing TheoryWANG Yu-tan ，DUAN Jian-zhong ，SHAO Jin-long（School of Mechanical Engineering ，Ningxia University ，Yinchuan 750021，Chi

18、na ）Abstract:Through studies cylindrical circular gear meshing theory, exploit continuous transmission principle ，according to involute gear tooth profile meshing basic theorems and set of transmission ratio method is deduced for transverse tooth profile of spherical arc bevel gears meshing theory. This principle aimed at laying groundwork for spherical arc