伺服电机模型参数在线辨识研究

1、伺服电机模型参数在线辨识研究摘 要在伺服电机的研究过程中，由于负载变量的变化，可能会出现经典控制器参数不匹配的情况，导致实验结果出现波动与误差，使控制性能恶化。因此，具备参数在线辨识能力在高性能的伺服电机中是必备的。本次论文通过阐述理论和实验测试对伺服电机模型参数在线辨识进行了深入的研究。首先，对参数在线辨识的方法进行简单的阐述，包括：模型参考自适应法、梯度校正参数估计法、最小二乘参数估计法，本文在此基础上选择其衍生方法：带遗忘因子的递推最小二乘法对参数进行在线辨识。研究表明：模型参考自适应法不能兼顾收敛速度和辨识的精度，梯度校正参数估计法算法简单易懂，实时计算量小，但是收敛速度慢，而最小二乘

2、法原理简单，收敛较快，容易理解，易于编程实现，因此在系统参数估计中被大量使用。其次，在建立数学模型的基础上以自校正PID结构设置控制器，自校正PID控制器以常规PID为基本形式，引入带遗忘因子的递推最小二乘法估计对象参数，并将估计的参数按极点配置法进行设计。自校正PID控制是自校正控制思想和常规PID控制思想结合的产物，具有调整参数少、自适应能力强的优点，能随对象特性变化在线修改参数。最后，搭建基于DSP的直流伺服电机实验平台，进行测速算法和参数辨识的实验研究，采用DSP编程，在实际系统上对自校正控制进行试验测试，观察其实验结果与数据。论文研究成果可以在实际直流伺服电机实验平台中得到较好的应用

3、，以提高系统的性能指标。关键词：“伺服电机” “在线辨识” “自校正PID” “DSP编程”Research on Online Identification of Servo Motor Model ParametersAbstractDuring the research of servo motor, due to the change of load variables, the mismatch of classical controller parameters may occur, resulting in fluctuations and errors in the exper

4、imental results, which deteriorates the control performance.Therefore, a high-performance servo motor model requires the ability to parameterize online identification.In this thesis, through the theory, simulation and experimental test, the on-line identification of servo motor model parameters is d

5、eeply studied.Firstly, the method of parameter online identification is briefly described, including: model reference adaptive method, gradient correction parameter estimation method, least squares parameter estimation method (including batch least squares method, recursive least square method, forg

6、etting factor delivery). Based on the series of derivative algorithms such as least squares method, this thesis chooses the recursive least squares method to identify the parameters online. The research shows that the model reference adaptive method can not balance the convergence speed and the accu

7、racy of the identification. The gradient correction parameter estimation algorithm is simple and easy to understand. The real-time calculation is small, but the convergence speed is slow. The principle of least squares is simple, the convergence is fast, and it is easy to understand. It is easy to p

8、rogram and is therefore used extensively in system parameter estimation.Secondly, based on the establishment of the mathematical model, the self-correcting PID structure is used to set the controller for the servo motor. The design idea of the self-tuning PID controller is to use the regular PID as

9、the basic form, introduce the recursive algorithm to estimate the object parameters, and press the estimation result. The pole configuration method is used to design the controller parameters. Self-tuning PID control is a combination of self-correcting control idea and conventional PID control idea.

10、 It combines the advantages of both, has the advantages of less adjustment parameters and strong self-adaptive ability, and can modify parameters online with changes in object characteristics.Finally, a DSP-based DC servo motor experimental platform is built to carry out experimental research on spe

11、ed measurement algorithm and parameter identification. The DSP is used to test and test the self-calibration control on the actual system, and the experimental results and data are observed. The research results of the thesis can be well applied in the actual DC servo motor experimental platform to

12、improve the performance index of the system.Keywords:servo motor, online identification, self-calibration PID, DSP programming目 录摘要Abstract第1章 绪论1 1.1 课题背景及研究目的1 1.2 伺服系统参数辨识方法综述1 1.3 主要研究内容2第2章 直流伺服电机控制与驱动22.1 引言22.2 直流伺服电机工作原理32.3 直流伺服电机的控制与驱动42. 4 直流伺服电机的测速原理与算法实现62. 5 本章小结7第3章 系统辨识73.1引言73.2系统辨识

13、基本原理83.2.1 系统辨识的定义及其分类83.2.2 基本原理83.3最小二乘参数估计法93.3.1 递推最小二乘法93.3.2 遗忘因子递推最小二乘法算法实现103.4自校正PID控制系统113.5本章小结13第4章 DSP控制器原理与应用134.1引言134.2 F28335的结构原理134.2.1 F28335的内部结构144.2.2 F28335的CPU144.2.3 F28335的存储器配置154.2.4 F28335的时钟及其控制154.3增强型正交编码模块164.4实验平台的测试与实现194.5本章小结21结论22参考文献23致谢24伺服电机模型参数在线辨识研究第一章 绪论1

14、.1课题背景及研究目的 伺服系统在工业生产中所占比重越来越大，性能要求也越来越高，在数控机床、机器人控制、航空航天以及柔性制造系统等产业得到了广泛的发展与应用。但在某些伺服系统中，负载惯量等参数影响着系统的性能。在常规的伺服系统中，参数并不会随着负载惯量的变化而变化，当负载惯量改变时会造成系统性能的下降，所以需要对伺服系统的参数进行在线辨识，使控制参数随着变量的变化而变化，以保证系统的稳定性。直流伺服电机的优点位：运行效率高、起动转矩大、调速范围广、机械特性为线性、控制易于实现，在办公自动化设备（如打印机、复印机）和电动玩具（如小车）的驱动系统中得到广泛的应用。目前在伺服电机中广泛采用的是PI

15、D控制技术，但是其控制性能还不够理想。如果采用基于现代控制理论的设计方法来改善控制性能，则伺服系统的数学模型是必须要知道的。而通常情况下，不容易得到伺服电机系统的模型参数（比如转动惯量）的准确值，所以需要采用适当的在线辨识方法在控制的同时对模型参数进行辨识。本文将基于此设计一个伺服电机控制系统，利用DSP的eQEP模块来处理电机光电编码器所提供的脉冲信号，得到电机的位置、转速信号，并通过在线辨识系统的模型参数，对控制律的参数进行自校正，实现对伺服电机的速度调节，使系统具有较为快速、平稳和准确的响应性能。1.2伺服系统参数辨识方法综述目前，伺服系统在线参数辨识的方法主要有以下几种：（1） 模型参

16、考自适应辨识 模型参考自适应识别的参考模型是具有待识别参数的物理过程，并且使用要识别的参数的估计来构建可调模型。参数估计通过自适应机构识别算法实时更新并应用于伺服系统参数。在识别中，该方法使用基于超可理论理论设计算法的离散形式伺服电机数学模型来确保待识别参数的渐近收敛。它的定义如下：确定系统等同于基于已知输入信号观察输出响应，已知输入信号是在指定类型的系统内识别过程中识别的对象类型。必须指定输入信号，指定已识别系统所属的系统类型，并指定等效含义。1（2） 梯度校正参数估计法 梯度校正参数估计法的递推算法和最小二乘递推算法具有相同的结构，即：，但其基本原理不同，梯度校正法的基本思想时：沿着目标函

17、数的负梯度方向，一步步修正模型参数估计值，一直到函数达到最小值，这种方法简单且容易理解，实时计算量小，但是它的缺点就是收敛速度较慢。（3） 极大似然参数估计法 该方法是一种传统且非常有用的估计方法。 前两种方法的基本概念完全不同。构造一个似然函数，将观测数据和未知参数作为独立变量，并达到一个非常大的参数值，该参数值是模型的参数估计值。由于正态概率函数是非概率概率密度函数，因此最大似然法应该知道已知的噪声分布。在最简单的情况下，可以假设噪声是正态分布的。 最大似然具有许多优点，例如具有良好渐近性质的参数估计，但是在计算上相对昂贵。（4） 最小二乘法参数辨识 最小二乘法是最基本的早期开发算法。 该

18、方法线性化电动机的非线性模型并识别系统的参数矩阵。 优点是算法简单，收敛速度快，适应性强。 在大多数情况下，您可以使用此方法。 目前，从该方法导出的方法是递归最小二乘法，加权最小二乘法，具有遗忘因子的最小二乘法和递归扩展最小二乘法。 但是，递归最小二乘法有一定的局限性。 数据饱和随着数据的增长而发生。 这会更改系统的参数，无法跟踪这些更改，从而导致参数估计出错。1.3主要研究内容 本设计为伺服电机模型参数在线辨识研究，主要研究内容如下：（1）掌握直流伺服电机的驱动控制原理和测速原理。（2）采用适当的在线辨识方法，对电机模型参数进行辨识，进而构造一个自校正控制方案，来实现电机自适应控制，在实际系

19、统上进行编程和验证，实现快速、平稳和准确的调速性能。（3）现场实验、演示；结果分析，讨论。第二章 直流伺服电机控制与驱动2.1引言伺服电动机是控制伺服系统中机械部件旋转的发动机。伺服电机控制速度和位置精度，将电压信号转换为扭矩和速度，并驱动控制目标。伺服电机的转子速度由输入信号控制，可以快速反应。在自动控制系统中，它具有执行器的特性，具有启动电压，高线性度和小时间常数的特点。它分为DC和AC。本章主要介绍直流电机的工作原理和特点，直流电机的控制和驱动，以及相关的速度测量方法。2.2直流伺服电机的工作原理直流伺服电机主要包括三大部分：（1）定子。通过定子的刺激产生定子磁场。 根据磁场的产生方式，

20、直流伺服电机可分为永磁体型和其他母型。 永磁体类型的刺激由永磁材料制成，并且通过层压压制的硅钢板形成凹刺，并且将DC电流缠绕在外部线圈上以产生恒定的磁场。（2）转子。又称为电枢，由硅钢片叠压而成。（3）电刷与换向片。换向器片段是电枢连接到导体。2图2-1 直流伺服电机结构图大体上来说，直流伺服电动机与一般直流电动机的工作原理相同，其原理图如图2-2所示，根据左手定则，通电线圈在磁场的作用下逆时针旋转线圈。 无论线圈如何旋转，上半部分的电流总是向内流动，下半部分的电流向外流动，电刷压在换向器上。 在右手定则中，线圈在磁场中旋转，这在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流方向相反。图2-2直

21、流伺服电机工作原理图直流伺服电机由直流供电。要调整电机的速度和方向，可以控制直流电压的大小和方向。根据电气原理，永磁直流电动机的转矩与流过电枢电路的电流成比例。 （2-1）式中 -直流电机的转矩常数，Nm/A； -流过电枢回路的电流，A； -直流电机输出的转矩；在正常的情况下，电枢回路的电压是平衡的。 （2-2）式中 -转子绕组上的电压，V； -电枢回路的总电阻，； -转子在定子磁场中转动时转子绕组产生的反电势，V；反电势又与转子的转速度成正比，即： （2-3）式中 -反电势常数，V/（r/min）； -直流电机的工作转速，r/min；联立式子（2-1）、（2-2）、（2-3）求解可得： （2

22、-4）这样我们就可以通过控制加在电机上的电压来控制转速。2.3直流伺服电机的控制与驱动在控制系统中，直流伺服电动机一般作为执行机构，它可以对被控对象的运动作出反应，从而实现快速控制，可以用图2-3所示的方框图表示其模型。图2-3 直流伺服电机传递函数直流伺服电机是由直流供电的，只有通过对直流电压的大小和方向进行控制，才能达到调节电机转速和方向的目的。目前常用的驱动方式是PWM（pulse width modulation）脉冲宽度调制。它是利用大功率晶体管的开关作用，使得加到电机上电压的时间（占空比）发生变化，其原理图如图2-4所示，从而控制电机电压的平均值来控制电机的转速。图2-4 驱动原理

23、图在时间内，电机电枢回路上的平均电压为 (2-5)式（2-5）中占空比 ，。的变化范围在0U之间，为正值。这个时候电机只能在一个方向上面调速，这个叫做不可逆调速。如果需要电机在正反两个方向都能调速，则需要使用桥式降压电路，如图2-5所示。 图2-5桥式降压电路原理图电机上的平均电压： （2-6）当时，值的范围是，所以电机能在正反两个方向上调速。平均速度为： (2-7)其中: -电机的平均速度； -电机在通电时的最大速度； a -占空比；从上面的公式我们可以得到，当改变占空比a时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的3。2.4直流伺服电机的测速原理与算法实现（1） 在数控系统中，检测

24、关键链路至关重要。 机床上最重要的测试是检查电机的速度和位置。 必须记录发动机转速以提高发动机转速和性能，例如精度，稳定性和速度。分析三种常见的速度测量方法：M法：在一段时间内数编码器脉冲个数，如果速度越快的话，对于时间窗口数到的脉冲数就越多，其测速算法如图2-6所示。 角速度计算：角速度是指在一段时间内内的平均角速度。 角速度=K脉冲数，K为定常系数。 精度：如果说在一段时间内数到的脉冲数是N，那么他的最大的绝对误差是1个脉冲，则理论上来说其相对误差= 1/N。如果数到的脉冲数是N，则把它改为N+0.5。这时的最大误差=1/2N。 特点：时间窗越大，精度越高，但测量引起的纯延迟越大。 速度越

25、慢，错误越大。图2-6 M法测速算法T法：编码器脉冲用作时间窗口。 此时间窗口中定时器时钟源的脉冲计数也称为捕获模式。 速度越快，编码器时间窗口越短，脉冲数越少。，其测速算法如图2-7所示。 角速度：角速度是指时间窗口内的平均角速度。 角速度=K/N， 其中K为定常系数。 精度： 其最大的误差也是一个脉冲。相对误差=1/(N+1)。 特点：转速越低，精度越高，但与此同时测量造成的纯延时也就越大。图2-7 T法测速算法 2.5本章小结直流伺服电机用于制造需要良好伺服电机速度控制能力的设备，以确保良好的启动，制动和速度控制特性，以及广泛的检查控制，渐进和平稳的速度。本章介绍直流伺服电机的结构，工作

26、原理，驱动控制原理和直流电机转速测量方法。在大体上对直流伺服电机进行剖析，如PWM脉冲宽度调制通过改变占空调速、M法、T法和M/T法等测速方法。并且在实验平台上进行不同测速方法的研究，结果表明，M法适用于高速测试，而T法更适用于低速测试。第三章 系统辨识3.1引言系统辨识是一门十分重要的学科，与自适应控制密切相关。在线估计对象或控制器的参数是自校正控制的重要部分，而且模型参考自适应控制中也隐含有参数辨识，在许多领域中，如自然和社会科学，系统的综合设计、定量分析和预测未来行为都需要了解系统的动态性能，所以在线辨识变得越来越重要。所以本章将介绍系统辨识的相关内容与对自校正PID控制的进行研究。3.

27、2系统辨识基本原理3.2.1系统辨识的定义及其分类1.系统辨识的定义 1962年，针对于系统辨识，L.A.Zadeh给出定义：在输入输出数据的基础上，辨识是从给定的模型类中，确定一个与所测系统等价的模型。2.系统辨识的分类 （1）非参数模型辨识方法非参数模型源自非参数模型的识别方法。 假设系统是线性的，它可以用于任何复杂的系统。使用响应曲线描述非参数模型，例如时域脉冲响应模型，频率响应模型和阶跃响应模型。（2）参数模型辨识方法在这种方法中，必须事先假设模型结构，在确定模型的参数时，应该最小化模型和对象之间的误差标准函数，必须使用模型识别方法确定模型结构，然后模型 必须确定参数。 根据其工作原理

28、，参数识别方法可分为三种类型：最小二乘法，斜率补偿法和最大似然法。43.2.2基本原理在某种意义下，系统辨识是根据系统提供的测量信息，如输入输出数据，来估计系统的未知参数，其基本原理如图3-1所示。5图3-1 系统辨识基本原理我们可以采用逐步逼近的方法求得模型参数的估计值。在k时刻，根据时的参数估计值与现在和历史的输入输出数据,计算出现在的输出预报值： （3-1）计算预报误差（新息）： （3-2）系统实际输出为： （3-3）然后将新息返回到到辨识算法中去，在一定的准则条件下，计算出k时刻的,并且依照它更新模型参数。不断循环下去，直到相对应的目标函数取到最小的值，这个时候最好的逼近系统的输出值，

29、于是便可以得到所需的模型参数。3.3最小二乘参数估计法3.3.1递推最小二乘法在自适应控制系统中，通常，控制对象可以连续地提供新的输入和输出数据，并且应该使用新数据来提高准确性。6因此，必须在线识别参数，因此需要进行递归计算。主要思想：设k时刻批处理最小二乘估计为 （3-4）式中令 （3-5） 则 （3-6） 又根据式（3-4）得 （3-7）则综合式（3-6）和（3-7）可以得到 （3-8）k时刻的最小二乘估计为： （3-9）根据以上分析，可以求出系统参数最小二乘估计的递推公式为7: （3-10）3.3.2遗忘因子递推最小二乘法算法实现在定常未知参数系统，我们经常会用到递推最小二乘法，但在一般

30、的自适应控制问题中，考虑参数时变是更加重要的，而参数时变可以分为两类：（1） 参数突然变化，但是频率不高（2） 参数缓慢变化简单的将递推最小二乘法扩展开来，就可以用于以上的情况：（1） 当发生参数突变的时候，采用重置P来解决，这个时候递推最小二乘法中的P矩阵会周期性重置,其中为充分大。（2） 递推最小二乘法在参数发生缓慢变化的情况下有其一定的局限性：k逐渐变大时，P（k）和K（k）会越来越小，从而导致修正的能力减弱，使新采集的数据对参数估计值的更新作用减小，导致在参数发生变化的时候，系统无法跟踪，参数估计失败。为了克服这种现象，我们需要采用带遗忘因子的递推最小二乘法。8取性能指标为 （3-11

31、）式中，为遗忘因子针对（3-11）的目标函数，可得遗忘因子递推最小二乘法的公式，与递推最小二乘法过程大致相同： （3-12） 式中，初值P(0)、的选择可以参考递推最小二乘法。要选择接近1的正数，通常不小于0.9，当系统是线性时，取，在本次设计中取=0.98.带遗忘因子的递推最小二乘法的程序流程9如下：给被辨识参数和协方差矩阵P赋初值定义输出观测值的长度和遗忘因子工作间清零参数收敛满足要求？采集输入输出信号根据算法，计算和图3-2 带遗忘因子的递推最小二乘法的程序流程图在CCS中其具体的编程如图3-3所示：图3-3 递推最小二乘法编程3.4自校正PID控制系统自调节控制（STC）系统由内环和外

32、环组成。 与传统的反馈系统一样，内环被配置为要控制的调节控制器。 外部循环包含所需的参数递归估计器和控制器设计机制。首先，受控目标参数由递归估计器在线。可调节控制器根据特定规则通过设计机制在线调整。可以看出，在线参数估计和控制参数的在线设计被组合以形成自调节控制器。10通过组合其他参数估计方法和控制规则可以获得其他类型的自补偿控制方法，以满足其他系统的性能要求。根据系统结构的不同，自校正控制算法可以分为两种：（1） 间接算法：如图3-4所示。（2） 直接算法：如图3-5所示。 图3-4 间接自校正控制系统结构 图3-5 直接自校正控制系统结构设计自校正PID控制器的思路是：在控制器离散时间传递

33、函数的基础上，引入递推算法估计对象参数，并且通过极点配置的方法求出控制器参数，并进行设计。12以二阶系统为例，设被控对象为 （3-13）式中，系统的输入和输出分别是和，外部扰动为，为纯延时，且对系统（3-13）采用PID控制，控制器必须有积分作用才能消除常值干扰。此时，对应的PID控制器为 （3-14）式中 （3-15）且 （3-16）将（3-14）代入式（3-13）可得闭环系统输出为：令闭环特征多项式为期望传递函数分母多项式，即： （3-17）结合式（3-15）上式又表示成 （3-18）式中，。令和有相同阶次，且等式左边阶次大于右边，则式（3-18）有唯一解。即要求各多项式的阶次满足： （3

34、-19）当、参数未知时，需要用自校正控制算法13。以下为间接自校正控制算法：已知：模型结构、和和期望的闭环特征多项式；第一步：设置、和遗忘因子，将初始数据输入；第二步：采样当前实际的输出和期望输出；第三步：利用遗忘因子递推最小二乘法在线估计参数第四步：求解式（3-18）中的F和G，取和；第五步：由式（3-14）计算并且实施控制量；第六步：返回步骤二，继续循环。3.5本章小结系统辨识是生产中最常用的建模方法，发挥着不可替代的作用，本章具体介绍了系统辨识的基本原理和参数辨识的方法，如最小二乘法和其衍生算法，比较了各算法特点，并将参数辨识应用到自校正PID控制中，分析了自校正PID控制系统的原理与设

35、计，并且简单阐述了其算法。第四章 DSP控制器原理与应用4.1 引言数字信号处理是指将信号用过计算机技术采用数字形式表示处理的理论和方法。数字信号处理器是数字信号处理的核心部件，该处理器是专门针对数字信号处理算法而设计的芯片，由于该处理器的引用及其快速的发展，大力的推动了数字信号处理方法的完善，本章将主要介绍TMS320F28335的结构原理，包括内部结构、CPU、存储器以及时钟，同时重点介绍了增强型正交编码模块（eQEP）的结构知识。 4.2 F28335的结构原理4.2.1 F28335的内部结构TMS320F28335是32位浮点DSP，它由四个部分组成：中央处理器、系统控制逻辑、存储器

36、和片上外设，如图4-1所示。14图4-1 F28335的内部结构图由图可见，内部系统总线将各部分有机地联合在一起，正因为这样的组成结构，使得其在中央数据处理、存储器容量、和灵活性等方面具有卓越的控制力。4.2.2 F28335的CPU运算器和控制器一起构成了F28335的CPU，我们更关心的是CPU的运算器的操作，而其运算器是由运算执行单元和寄存器组构成，如图4-2所示为运算执行单元，寄存器组则包括辅助寄存器算术单元和一些寄存器组成，如图4-3所示。图4-2 F28335的运算执行单元 图4-3 F28335的ARAU和CPU寄存器4.2.3 F28335的存储器配置F28335的存储器包括四

37、种，分别是：SARAM存储器（34KW）、Flash存储器（256KW）、OTP存储器（1KW）、Boot ROM存储器（8KW），他们的配置图如4-4所示。图4-4 F28335的存储器配置图在图4-4中，存储空间被分为两部分，一块是片外扩展存储空间；一块是片内存储空间。对于片内存储空间来说，大多数空间都可以映射为数据存储空间，亦或程序存储空间（除了外设帧PF0、PF1、PF2和外PF3）。4.2.4 F28335的时钟及其控制芯片工作的基本条件是系统时钟稳定，片内振荡器以及锁相环共同构成了F28335的时钟电路，配置使用相应的控制寄存器可以使始终设置更方便。F28335片内振荡器及锁相环如

38、图4-5所示。图4-5 片内振荡器及PLL模块F28335产生时钟的方式有三种。第一种是将XCLKIN引脚接地，晶振跨接在X1、X2引脚之间，片内振荡器就会输出时钟信号；第二种是将XCLKIN引脚接地，X2悬空，X1接到外部时钟脉冲；第三种是X1接地、X2悬空，而XCLKIN引脚介入外部时钟脉冲。不需要经过PLL模块，由振荡电路产生的时钟信号就可以直接通过多路器，在送往CPU，OSCCLK也可以作为PLL的输入时钟，经倍频后通过多路器，再被分频送到CPU。锁相环控制寄存器中的倍频系数（DIV）影响着输出时钟的频率。4.3 增强型正交编码模块F28335有两个独立的eQEP模块，能采集电机控制中

39、的位置、方向、转速等信息。编码器可以将角位移或者直线位移转化为电信号，光电编码器分辨率高、结构简单、体积小、使用可靠、精度高、容易维护，在很多领域都得到了应用。典型的光电编码器包括以下几个部分：码盘、检测光栅、光电转换电路和机械部件等。15一般来说，按产生脉冲的方式可以将光电编码器分为增量式、绝对式和复合式三种，按运动方式划分则可将其分为旋转式和直线式两种。最常见的是增量式光电编码器，每产生一个输出脉冲信号，就对应一个位移，一般来说，其输出两组正交的脉冲信号，从而方便于判断旋转方向。采用光电编码器判断电机转速方向的基本原理：增量型编码器一般安装在电机的转轴上，当码盘旋转时，QEPA 与QEPB

40、为两个输出信号，它们相差90（正交信号），脉冲信号A 的相位超前 B 的相位 90意味着电机正转，经逻辑电路处理后输出高电平。脉冲信号 A 的相位滞后 B 的相位 90时，电机反转，输出低电平。因此可以根据超前与滞后的关系判断电机的转速方向。电机控制中，M法和T法为常见的两种测速方式，分别为式（4-1）和（4-2）所示。M法测量： （4-1） T法测量： （4-2）式中，表示k时刻的电机转速，和表示k和k-1时刻的位置，T为固定的时间，为T时间内位置变化量，和为t和t-1时刻，为X位移量内所用的时间。eQEP模块主要由正交解码单元、时间基准单元、边沿捕获单元、看门狗电路和位置计数和控制单元所构

41、成。图4-6所示为其结构框图和外部接口。其中进行信号解码，得到其他模块所需信号的是正交解码单元，而时间基准单元的作用是在测速时提供时间基准，边沿捕获单元通常用于低速测量，看门狗电路监测脉冲信号状态，位置测量由位置计数及控制单元进行。图4-6 eQEP模块的结构框图及其外部接口1、 正交编码单元有四种计数模式：（1） 正交计数模式：正交编码器的通道A和B输出到EQEPxA和EQEPxB，而后经过解码控制寄存器得到QEPA和QEPB信号。然后通过方向判断逻辑电路处理，得到相关方向信息。（2） 方向计数模式：时钟输入为EQEPxA，方向输入为EQEPxB，当方向输入为高电平时，位置计数器会在时钟输入

42、信号的上升沿增计数，当方向输入为低电平时，在其上升沿减技术。（3） 递增计数模式：强制计数器的方向信号为增计数，同时对原信号或者2倍频计数。（4） 递减计数模式：强制计数器的方向信号为减计数，同时对原信号或者2倍频计数。2、 时间基准单元时间基准单元包括32位定时器和32位周期寄存器，这是由SYSCLKOUT提供的，当QUTMR和QUPRD发生匹配时，会产生单位超时中断，置位QFLG(UTO),同时输出信号给边沿捕获单元和位置计数及控制单元使用，其单元结构图如图4-7所示。图4-7 时间基准单元结构框图3、 边沿捕获单元测量单位位移的时间可以通过边沿捕获单元，利用T法（式4-2）进行低速测量。

43、边沿捕获单元的结构框图如图4-8所示。捕获时钟（QCTMR）以系统时钟分频后的时基作基准运行，当单位位置事件发生时，捕获周期寄存器QCPRD会自动加载QCTMR的值，然后捕获时钟自动清零，同时置1QEPSTS中的UPEVNT标志位，表明QCPRD寄存器中有新值锁存，进而通知CPU操作。图4-8 边沿捕获单元结构框图四、看门狗电路看门狗电路检测正交编码脉冲信号工作状态，其结构图如图4-9所示。看门狗定时器以系统时钟的64分频信号作为基准，当定时器数值增加QWDPRD值且未检测到脉冲信号QCLK时，定时器产生中断并置位，同时输出WDTOUT信号。若在这段时间检测到QCLK，则复位并且重新计时。 图

44、4-9 看门狗电路结构图五、位置计数及控制单元位置计数及控制单元包括一个32位的位置计数器和一个32位的比较寄存器。位置计数器可以配置成4种运行模式：索引脉冲复位位置计数器、最大计数值复位位置计数器、第一个索引脉冲来临时复位位置计数器和单位超时事件复位位置计数器。当位置比较单元置1时，其结构图如图4-10所示，位置计数器的值持续和比较寄存器的值相比较，并触发同步信号PCSOUT，该信号脉冲宽度可调。图4-10 位置比较单元结构框图4.4 实验平台的测试与实现实验通过带遗忘因子的递推最小二乘法实现了对直流伺服电机参数的在线识别，在搭建的基于DSP的实验平台，如图4-11所示，通过辨识算法计算出传

45、递函数的a、b值，再通过极点配置的方法计算出相关PID参数。此实验平台由L298N驱动电路、5V直流电源、DSP芯片、仿真器和电机构成。实验平台如下所示：图4-11 基于DSP的实验平台采集其出入输出波形如图4-12所示。图4-12 输入电压与转速波形图辨识参数a和b的图形如图4-13所示：图4-13 参数a和b的波形图由此可见参数时收敛的。4.5 本章小结本章主要介绍了F28335的内部构造以及与电机速度位置测量有重要相关性的二QEP模块，详细的学习研究了其配置和应用问题。研究表明：对于其测速的方法，M、T法各有特点和适用性，M法用于高速测量而T法用于低速测量，F28335主要由中央处理器、存储器、系统控制逻辑、片上外设四个部分组成。结论我的论文主要设计的是直流伺服电机模型参数在线识别，在基于TMS320F28335上搭建直流伺服电机实验平台，并进行相关CCS编程，本文主要涉及到直流伺服电机的驱动控制和测速、参数辨识以及CCS编程内容。本文首先介绍实验的主要内容，并且对参数辨识的方法进行了简单的叙述，其次在直流伺服电机章节论述了其工作原理以及测速方法原理，还有相关的编程算法实现。然后再第三章主要论述了参数辨识的方法，具体到递推最小二乘法的算法及编程能内容，通过流程图展示了算法的过程，最