基于ARM的分数阶PI预测控制在直流电机调速中的应用

发布时间：2017-09-20 17:29

  本文关键词：基于ARM的分数阶PI预测控制在直流电机调速中的应用

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【摘要】：无刷直流电动机在航空、汽车电子、工业机床等方面应用广泛。它保留了直流电机的良好调速特性的基础上,同时具有体积比较小、转动惯量小、效率高的特点,而且控制精度高。随着电力电子技术,计算机控制技术高速发展,工业领域对电机控制要求的越来越高,因此,研究其控制方法具有广泛的意义。本文分析了无刷直流电动机的工作原理,在转速基本控制算法PI、预测函数控制的基础上,改进PI算法的缺点,推导了分数阶PI预测函数控制算法(FOPIPFC)。引入ARMAX模型,方便于辨识。并采用递推阻尼最小二乘法在线辨识BLDC模型。嵌入式控制系统可实现实时控制,多任务并发操作,具有较高的集成的。在电子设备以及工业控制中得到广泛应用。ARM9开发板具有强大的存储与运算功能,易于开发编写应用程序,并且价格实惠。因此本设计选用三星公司S3C2440的ARM9核心处理器,通过外围硬件设备的设计以及Linux嵌入式操作系统的剪裁与移植,开发驱动程序,设计人机交互界面,编写应用程序。在硬件电路设计方面,驱动电路采用三相全桥逆变电路,并设计电流采样电路,霍尔传感器位置检测电路,电压检测电路以完成控制系统总体设计。控制策略选用速度环和电流环的双闭环调速设计方案。外环用分数阶PI预测函数控制(FOPIPFC)算法,内环选用和PI型预测函数控制(PIPFC)算法来实现电机调速控制。并对电机实体选用ARMAX模型,递推阻尼最小二乘法进行参数辨识,从而使调速系统达到最优控制效果。
【关键词】：无刷直流电机 ARM Linux 分数阶PI预测函数控制(FOPIPFC)算法
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 选题背景及意义8-9
• 1.2 发展概况9-12
• 1.2.1 嵌入式操作系统的发展概况9-11
• 1.2.2 无刷直流电机在国内外的发展与前景11-12
• 1.3 无刷直流电机的控制方法12-14
• 1.4 研究内容及行文安排14-16
• 第二章 调速系统的总体设计及电机原理16-23
• 2.1 调速系统的组成结构16-19
• 2.1.1 调速系统的硬件组成16-18
• 2.1.2 调速系统的软件组成18-19
• 2.2 无刷直流电机系统结构19-22
• 2.2.1 无刷直流电机的控制原理19-20
• 2.2.2 无刷直流电机的数学模型20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 硬件电路设计23-40
• 3.1 直流电机调速系统的结构设计23-25
• 3.2 开发板主要电路25-30
• 3.2.1 电源接口电路25-26
• 3.2.2 JTAG接口电路26
• 3.2.3 Flash接口电路26-28
• 3.2.4 SDRAM接口电路28
• 3.2.5 LCD接口电路28-29
• 3.2.6 RS-232串口硬件电路29-30
• 3.2.7 I/O应用及扩展接口电路30
• 3.3 电机驱动电路30-37
• 3.3.1 隔离与电流检测电路32-35
• 3.3.2 位置检测35-36
• 3.3.3 模数转换器MAX14736-37
• 3.4 ARM9的PWM输出37-39
• 3.5 小结39-40
• 第四章 软件设计40-55
• 4.1 虚拟机和操作系统40-41
• 4.2 搭建交叉编译环境41-42
• 4.3 Bootloader安装42
• 4.4 Linux系统的内核精简与移植42-46
• 4.4.1 裁剪内核42-45
• 4.4.2 Yaffs2根文件系统的裁剪移植45-46
• 4.5 驱动程序开发46-50
• 4.5.1 AD转换驱动程序开发47-49
• 4.5.2 触摸屏驱动程序开发49-50
• 4.6 人机交互界面开发50-51
• 4.7 控制系统应用程序51-54
• 4.7.1 系统主程序51-52
• 4.7.2 主中断程序52-53
• 4.7.4 控制算法53-54
• 4.8 本章小结54-55
• 第五章 无刷直流电机控制策略55-67
• 5.1 无刷直流电机调速系统55-56
• 5.2 基于ARMAX模型FOPIPFC算法的参数辨识56-61
• 5.2.1 FOPI-PFC算法56-59
• 5.2.2 预测模型59
• 5.2.3 递推阻尼最小二乘法59-61
• 5.3 仿真结果61-64
• 5.4 实验结果64-65
• 5.5 小结65-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 参考文献69-72
• 作者简介和科研成果72-73
• 致谢73

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本文编号：889420