无刷直流电机调速模糊等组合控制策略研究与实现

发布时间：2017-08-12 07:23

  本文关键词：无刷直流电机调速模糊等组合控制策略研究与实现

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【摘要】：无刷直流电机(BLDCM)具有结构简单、体积小、运行效率高、调速性能好等优点,因此在工业各领域中得到了广泛的应用。随着计算机和电力电子技术的不断发展壮大,无刷直流电机控制问题具有重大的研究意义。本文以无刷直流电机作为研究对象,深入研究无刷直流电机调速系统控制算法设计。本文对无刷直流电机的基本组成结构以及其工作原理作出了介绍,针对传统PI算法对无刷直流电机控制不足的问题,提出用广义预测算法(GPC)优化PI控制的方法,弥补了PI控制精度差、响应慢等问题。广义预测优化PI的方法,一定程度上解决了无刷直流电机转速环在PI控制下鲁棒性能差的问题。但当广义预测在线计算量急剧增加时,对控制系统控制的实时性下降,基于此,本文提出将模糊控制思想与PI预测函数(PIPFC)控制方法相结合,推导出一种基于模糊的PIPFC控制算法。并将此方法引入无刷直流电机转速环,实现控制应用。在Matlab软件平台上,基于Simulink的实验环境,搭建无刷直流电机整个系统仿真模型。本文采用的是双闭环控制系统,其中内环为电流环,外环为速度环。用C语言编写控制算法m文件并封装为转速控制器模块置于转速环节实现调速。在模糊PIPFC控制时,利用软件中所具备的模糊控制工具箱这一功能,选择隶属函数、设定论域范围、建立模糊控制规则以及编写模糊控制语句。运用设计的控制器对无刷直流电机进行仿真实验,分别在给定转速与外加突变环境下对系统进行仿真。仿真结果表明,在广义预测优化PI控制与模糊PIPFC控制算法控制下的电机响应时间短、超调量很小,抗干扰能力较强,具有一定的控制品质。最后介绍了DSPTMS320F28335实验仿真平台的软硬件,在此平台上实现了传统PI、广义预测优化PI、模糊PIPFC等控制算法对电机的调速控制。在空载实验条件下,实验结果表明,本文提出的算法,响应速度快且能够较为平稳地实现控制,系统的超调小,满足对无刷直流电机系统控制的要求。
【关键词】：无刷直流电机 PI控制 预测控制 模糊控制 DSP
【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;TP273
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 电机的研究现状11-12
• 1.2.2 控制策略研究现状12-13
• 1.2.3 预测控制的研究现状13-15
• 1.3 本文主要研究内容及组织结构15-17
• 第二章 无刷直流电机工作原理及数学模型17-23
• 2.1 无刷直流电机的系统结构17-19
• 2.2 无刷直流电机的工作原理19-20
• 2.3 无刷直流电机的数学模型20-22
• 2.3.1 电压方程20-21
• 2.3.2 电磁转矩方程21-22
• 2.3.3 无刷直流电机速度表达式22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 无刷直流电机调速控制策略23-44
• 3.1 控制算法概述23-29
• 3.1.1 PI算法23-24
• 3.1.2 广义预测控制算法24-25
• 3.1.3 预测函数控制算法25-27
• 3.1.4 模糊控制算法27-29
• 3.2 广义预测优化PI算法与实现29-34
• 3.2.1 算法设计29-32
• 3.2.2 无刷直流电机调速系统32-33
• 3.2.3 无刷直流电机调速系统Matlab仿真33-34
• 3.3 模糊PI预测控制算法设计与实现34-43
• 3.3.1 算法设计34-37
• 3.3.2 无刷直流电机调速系统Matlab仿真37-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 系统软硬件介绍设计44-58
• 4.1 系统硬件结构44-45
• 4.2 系统硬件电路设计45-50
• 4.2.1 电源电路45
• 4.2.2 驱动电路45-46
• 4.2.3 检测电路46-49
• 4.2.4 系统可靠性设计49-50
• 4.3 系统软件开发50-55
• 4.3.1 DSP开发环境和流程50-52
• 4.3.2 控制系统主程序52
• 4.3.3 中断服务子程序52-55
• 4.4 转速环控制方法设计55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 系统实验与结果分析58-65
• 5.1 实验软硬件准备及具体设备58-61
• 5.1.1 系统实验硬件及实物图58-61
• 5.1.2 实验具体设备61
• 5.2 实验结果分析61-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 作者介绍和攻读硕士学位期间的研究成果72

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1 邱建琪,史涔n，

本文编号：660405