ARM在直流电机调速控制器中的应用研究

发布时间：2017-05-27 09:29

  本文关键词：ARM在直流电机调速控制器中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直流电动机以其大范围平滑无极调速,频繁的启动、制动和正反转稳定性,低速大转矩、负载能力大等优良性能,在轧钢机、高精度机床、煤矿采掘等场合应用广泛。伴随着嵌入式技术应用于伺服电机控制领域,使得电机调速逐渐由模拟向数字化方向转变,尤其是以ARM作为控制器的直流电机控制成为新的研究方向。本文直流电机调速系统以ARM控制器为核心,包括人机交互、电机驱动模块、电流以及转速检测模块等。ARM控制器通过A/D采集转速得到误差信号,然后在一定算法运算后,通过D/A转换控制直流电动机,从而达到控制转速的目的。论文首先给出了总体设计方案；然后进行硬件设计,主要包括ARM处理器及最小系统、MOSFET驱动、光电隔离、转速测量、AD转换电路等。在系统硬件搭建完成后,对调速系统控制器算法进行了探讨研究,包括常规PID控制算法,单神经元PID控制算法,模糊PID控制算法。最后对系统软件进行了设计,包括对嵌入式操作系统Linux进行了移植,硬件设备驱动程序的设计等。以ARM为核心的直流电机调速控制系统,结构简单,抗干扰能力强,性价比高。通过MATLAB仿真结果表明：基于单神经元PID控制和模糊PID控制的直流电机调速性能优于传统控制策略,有很好的应用前景。
【关键词】：直流电机 调速控制 ARM
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-21
• 1.1 直流电机调速概述13-16
• 1.1.1 直流电机调速的方法13-15
• 1.1.2 直流电机调速系统的发展概况15
• 1.1.3 直流电动机调速控制的研究现状15-16
• 1.2 嵌入式系统概述16-19
• 1.2.1 嵌入式系统简介16-18
• 1.2.2 嵌入式系统的特点18
• 1.2.3 ARM处理器介绍18-19
• 1.3 本文研究的意义及主要内容19-21
• 1.3.1 本文研究的主要意义19-20
• 1.3.2 本文研究的主要内容20-21
• 2 直流电机调速系统总体设计21-25
• 2.1 直流电机调速系统的结构和工作原理21-22
• 2.2 系统开发环境介绍22-24
• 2.2.1 嵌入式操作系统22-23
• 2.2.2 代码阅读、编辑器Source Insight23
• 2.2.3 交叉编译工具链23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 直流电机调速系统的硬件设计25-39
• 3.1 硬件总体设计方案25
• 3.2 ARM处理器S3C2440介绍25-26
• 3.3 主控制器电路设计26-32
• 3.3.1 最小系统设计27-31
• 3.3.2 串口通讯31
• 3.3.3 CAN通讯接口31-32
• 3.4 电机控制器电路32-38
• 3.4.1 电源模块32-33
• 3.4.2 H桥驱动、隔离电路33-36
• 3.4.3 转速鉴相电路36-37
• 3.4.4 模拟量输入电路设计37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 直流电机调速控制算法研究39-59
• 4.1 电机调速系统数学模型的建立39-41
• 4.1.1 直流电动机数学模型39-41
• 4.1.2 驱动电路数学模型41
• 4.1.3 电流反馈数学模型41
• 4.2 常规数字PID控制器的设计41-47
• 4.2.1 数字PID控制算法41-43
• 4.2.2 PID控制器参数选择43
• 4.2.3 电流环参数整定43-45
• 4.2.4 转速环参数整定45-46
• 4.2.5 常规PID算法MATLAB仿真46-47
• 4.3 单神经元PID控制器设计47-50
• 4.3.1 单神经元PID控制算法原理47-48
• 4.3.2 单神经元PID控制算法仿真48-50
• 4.4 模糊PID控制器的设计50-57
• 4.4.1 模糊控制基本原理50-51
• 4.4.2 模糊控制器的设计51-56
• 4.4.3 模糊PID控制器仿真结果56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 5 直流电机调速系统的软件设计59-69
• 5.1 嵌入式系统开发环境搭建59-64
• 5.1.1 建立交叉编译环境59-61
• 5.1.2 Linux的内核裁剪移植61-63
• 5.1.3 YAFFS文件系统63
• 5.1.4 ARM开发工具63-64
• 5.2 设备驱动程序开发64-67
• 5.2.1 CAN驱动程序设计64-66
• 5.2.2 PWM驱动程序设计66-67
• 5.2.3 A/D驱动67
• 5.3 本章小结67-69
• 6 总结与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 作者简介及读研期间主要科研成果77

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