自适应无刷直流电机伺服控制系统研究与实现

发布时间：2021-03-27 02:44

随着工业技术的发展,制造业的规模化生产需求越来越高,稳定、快速与高效成为工业制造设备技术发展的趋势,伺服机构作为工业设备控制系统的核心,已成为控制领域的研究热点之一。无刷直流电机作为伺服机构的成员之一,其融合了交流伺服与直流电机的优点,逐步成为伺服系统的最佳控制对象。本文针对电机伺服系统的自适应控制要求,设计了一款基于STM32F103的无刷直流电机伺服控制器。本文首先从研究无刷直流电机的结构出发,根据其工作原理,推导出三相星形接法的无刷直流电机数学模型,并以此为基础分析了无刷直流电机的运动特性。其次,本文分析了控制系统的双闭环调速方法,并基于不同的控制策略对无刷直流电机的参数自适应控制方法进行了研究。结合无刷直流电机控制系统设计要求,提出了一种基于模糊算法的自适应PID控制策略,并对其控制系统进行仿真。对比传统PID控制的性能,基于模糊自适应PID控制的无刷直流电机伺服控制系统具有更好的速度动态响应特征和抗干扰能力。接着,本文以STM32F103主控芯片为核心,对整个控制系统的硬件电路进行设计,硬件电路部分主要包括STM32F103芯片外围电路、IR2104驱动电路、电源供应电路、电流采样电路以及通信接口电路,并对部分电路的功能做了分析和阐述。最后,以伺服控制系统硬件电路设计为基础,在Keil uVision5环境下开发了系统控制C程序软件;随后,搭建了无刷直流电机控制系统实验平台,并通过串口对控制系统进行调试测验,试验结果表明,本文所设计的基于模糊自适应PID的无刷直流电机伺服控制系统的具有良好的自适应调节能力。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM33

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

1.2 国内外伺服控制系统研究现状与发展趋势

1.2.1 伺服控制系统研究现状

1.2.2 伺服控制系统的发展趋势

1.3 论文研究目的及意义

1.4 论文工作概要

第二章无刷直流电机原理和数学模型

2.1 无刷直流电机系统结构

2.1.1 电机本体

2.1.2 转子位置传感器

2.1.3 功率开关电路

2.2 无刷直流电机的工作原理

2.3 无刷直流电机的数学模型

2.4 无刷直流电机运动特性

2.4.1 启动特性

2.4.2 电机工作特性

2.4.3 电机机械特性与调速特性

2.5 本章小结

第三章无刷直流电机自适应控制方法研究

3.1 无刷直流电机双闭环调速设计原理

3.2 常规PID控制器设计

3.2.1 PID调速原理

3.2.2 数字PID控制

3.2.3 基于PID控制器的BLDCM仿真

3.3 模糊自适应PID控制器设计

3.3.1 模糊控制概述

3.3.2 模糊自适应PID控制理论

3.3.3 模糊自适应PID控制建立

3.3.3.1 动态信号定义

3.3.3.2 确立量变因子和比例因子

3.3.3.3 成员函数

3.3.3.4 制定模糊控制器的控制规则表

3.3.3.5 去模糊化处理

3.3.4 基于模糊PID控制器仿真与分析

3.4 本章小结

第四章无刷直流电机控制系统硬件电路设计

4.1 硬件电路总体结构

4.2 主控芯片及其外围电路

4.2.1 STM32F103微处理器简介

4.2.2 主控芯片电路设计

4.2.3 复位电路

4.2.4 光耦隔离保护电路

4.2.5 JTAG调试接

4.3 控制系统驱动模块电路设计

4.3.1 电机驱动电路设计

4.3.2 开关管电路设计

4.4 电源供应电路

4.5 电流检测与过流保护电路

4.6 通信接.电路

4.7 本章小结

第五章控制系统软件设计及实验结果

5.1 系统开发环境简介

5.2 系统软件总体设计

5.2.1 系统主程序结构

5.2.2 中断服务程序

5.2.3 霍尔传感器换向控制

5.2.4 电流环程序实现

5.2.5 速度环程序实现

5.3 实验结果

5.4 本章小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

【参考文献】