引 言
由于应用环境的复杂，地域的广阔等不利工作条件，给 开关 磁阻电机的调速控制与相关参数 监控 带来了很多影响。因此，设计研制一种基于开关磁阻电机的远程控制系统（SRD）具有十分重要的现实意义。
Controller Area Network（简称 CAN ），与一般的总线相比，CAN总线的 数据通信 具有突出的可靠性、实时性和灵活性。本文主要探讨基于 RS-485 与CAN总线的开关磁阻电机远程监控系统的构成。SRD调速系统通常采用传统 PI D控制策略，系统很难保守良好性能。目前， 神经网络 控制与模糊控制技术应用于SRD取得了一定的成绩。
卡尔曼滤算法是一种递推算法，对于系统存在过程及 测量 噪声，状态变量受到 污染 ，可以利用卡尔曼滤波技术进行处理。本文将卡尔曼 滤波器 与传统的PID控制相结合，使SRD控制效果得到明显改善。
1、系统设计方案
基于CAN总线的开关磁阻电机远程控制系统如图1所示。系统主要包括PC（上位机）、 RS -485与CAN结合的通信网络、CAN智能节点与开关组电机四大部分。串行 接口 标准的选择上位机与CAN智能节点间的距离通常较远，上位机的Rs-232C接口的最大传输距离为15m，不能满足要求。而RS-485串行数据通信标准可传送1200m以上，因此宜选用后者。上位机本身具有RS-232C接口，可配备一块RS232-RS485转换板STD5630，实现RS-232电平到RS-485电平的转换。
在该远程监控系统中，采用RS-485与CAN结合通信网络，节省了CAN适配卡与专门的驱动程序，因此可靠性与性价比得到了较大的提高。
CAN总线智能节点在分布式控制系统中起着承上启下的作用。它位于执行机构所在的现场，一方面和上位机进行通信，以完成数据交换；另一方面又可根据系统的需要对现场的执行机构进行控制和 数据采集 。典型的CAN总线控制节点是由微处理器、CAN控制器、CAN接口构成，如图2所示。
2、硬件 电路 设计
2．1 RS-485接口电路设计
RS-485接口电路见图3所示。该电路主要由 光耦 和RS-485芯片组成，光耦能排除由于共地而可能串入的干扰。RS-485芯片采用MAX 491，其作用是实现RS-485串口传输的电气标准。图中MAX491的2个有效电平相反的引脚——接收、驱动器允许脚接在了一起，即使得RS-485工作在半双工方式。
2．2 CAN节点电路设计
系统各节点采用89C51 单片机 作为微处理器，选用SJA1000作为CAN控制器，并使用CAN控制器 接口芯片 82C250。为进一步提高抗干扰能力，在两个CAN器件之间使用了由高速 隔离器 件6N137构成的隔离电路。CAN器件与微处理器的硬件连接图如图4所示。硬件电路中使用82C250的目的是为了增大通信距离，提高系统的瞬时抗干扰能力，保护总线。
3、CAN总线通信软件设计
远程控制系统软件设计包括初始化程序与通信主程序设计。CAN初始化只能在复位模式下进行，初始化主要包括工作方式的设置，波特率参数设置和中断允许 寄存器 IER的设置。作为软件设计核心部分的是RS-485CAN接口通信编程，其程序流程图如图5所示。
4、基于卡尔曼滤波器的SRD控制器设计
在SRD控制策略上，主要以线性模型为基础，结合传统PI或PID控制器。但是普通PID控制器的参数难以自动调整，由此构建的SRD系统难以获得理想的输出特性。对于SRD系统中存在过程及测量噪声，状态变量受到污染，可以利用卡尔曼滤波技术进行滤波，将卡尔曼滤波器与传统的PID相结合，可以使SRD系统控制效果得到明显改善。
4．1 卡尔曼滤波器原理
卡尔曼滤波是以最小均方差为准则的最佳线性估计，它根据前一个估计值xk-1和最近一个观测数据yk来估计信号的当前值，利用状态方程和递推方法进行估计。设向量非平稳状态序列xk和yk用下面的动态方程描述：
4．2 基于卡尔曼滤波器的PID控制结构与仿真
基于卡尔曼滤波器的PID控制系统的结构图如图6所示。
采用常规PID控制+卡尔曼滤波器控制，令过程噪声ωk、νk协方差为1，幅度为0．02，输入信号为阶跃信号。在 MATLAB 中用随机函数rand（）来模拟白噪声。没有加卡尔曼滤波器的常规PID控制仿真结果如图7所示，加入滤波器后PID控制阶跃响应如图8所示。
5、结束语
本文在开关磁阻电机调速系统中引入了CAN智能从站技术，并且将RS-485和CAN总线相结合，使开关磁阻电机摆脱旧的控制模式，为电机实现智能化、网络化、远程化控制提供一种新的思路。在开关磁阻电机调速系统中，将常规PID控制与卡尔曼滤波器相结合，仿真结果表明，基于卡尔曼滤波器的PID控制方法超调量小、控制效果好。
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