基于DSP的电动车用无刷直流电机控制系统研究

发布时间：2017-09-26 10:39

  本文关键词：基于DSP的电动车用无刷直流电机控制系统研究

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【摘要】：无刷直流电机因其体积小、重量轻、效率高、噪音低等优点,在交流伺服系统中得到了广泛的应用。无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点,又具有直流电机的运行效率高、控制简单以及调速性能好等诸多特点,其广泛应用计算机外围设备、办公设备、家用电器和电动车及工业控制中。加之我国有着丰富稀土资源,大力发展无刷直流电机具有很大的优势。目前关于无刷直流电机的研究非常活跃。对于无刷直流电机,主要有四大研究热点：正弦波控制、无传感器技术、转矩脉动抑制技术和先进控制算法的应用。本文主要从先进控制算法在无刷直流电机上的应用这个方向上展开研究,旨在用先进控制算法提高无刷直流电机控制系统的抗扰动性能和调速性能。首先介绍了无刷直流电机的发展概况、研究现状及存在的问题。接着从电机速度调节原理出发,在分析永磁无刷直流电机数学模型的基础上,讨论了无刷直流电机双闭环控制方案。本文搭建了基于TMS320F2812为核心处理器的无刷直流电机控制系统平台。硬件部分先作了整体设计方案分析,又着重论述了几个主要模块的电路设计。软件部分采用模块化设计思想,编制了各个模块的流程图,并论述了软件实现方面的问题。无刷直流电机在实际应用时会受到各种扰动包括模型参数不确定、外部负载扰动、换相转矩脉动的影响,本文先介绍了两种不同的扰动观测器对无刷直流电机控制系统的总扰动进行观测,并设计相应的前馈补偿控制。跟传统PI控制相比,基于扰动观测的复合控制方法具有更好的抗干扰性能。进一步,对系统扰动进行分类,将扰动分为周期性扰动和非周期性扰动两类。传统线性扩张状态观测器对慢变扰动和常值扰动具有很好的观测效果,但对周期性扰动观测欠佳。本文引入内模原理作为抑制和跟踪周期性干扰的办法。对于所设计观测器无法观测的未知干扰,我们采用滑模控制进行抑制,滑模控制具有很好的抗扰性能和强鲁棒性,并且由于扰动大部分都被所设计的观测器正确估计出来并进行了前馈补偿,滑模控制的增益只需要很小的值就可压制系统未知干扰。最后在仿真平台和所设计的实验平台上验证了算法的有效性。
【关键词】：无刷直流电机 内模原理 滑模控制 扩张状态观测器 转速波动抑制 DSP
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9-11
• 1.2 无刷直流电机研究现状11-13
• 1.2.1 正弦波控制11
• 1.2.2 无传感控制11-12
• 1.2.3 转矩脉动抑制12-13
• 1.3 无刷直流电机控制算法研究策略13-16
• 1.3.1 PID抑制13-14
• 1.3.2 自适应控制14-15
• 1.3.3 滑模变结构控制15
• 1.3.4 自抗扰控制15-16
• 1.3.5 复合控制16
• 1.4 本文的工作和内容安排16-19
• 第二章 无刷直流电机模型及控制系统原理19-27
• 2.1 无刷直流电机基本组成19-21
• 2.1.1 电机本体19-20
• 2.1.2 位置传感器20
• 2.1.3 电子换相器20-21
• 2.2 永磁无刷直流电机工作原理21-22
• 2.3 无刷直流电机数学模型22-24
• 2.4 无刷直流电机双闭环控制方案24-25
• 2.5 小结25-27
• 第三章 无刷直流电机控制系统设计27-39
• 3.1 无刷直流电机控制系统设计方案27-28
• 3.2 系统硬件电路设计28-34
• 3.2.1 主控制电路模块28-29
• 3.2.2 功率模块29-31
• 3.2.3 位置及速度检测模块31-32
• 3.2.4 电流检测模块32-33
• 3.2.5 硬件平台可靠性设计33-34
• 3.3 软件的设计和实现34-37
• 3.3.1 系统主程序设计34-36
• 3.3.2 中断程序设计36-37
• 3.4 实验结果及波形分析37-38
• 3.5 小结38-39
• 第四章 基于扰动观测的无刷直流电机系统复合控制设计方法39-53
• 4.1 引言39
• 4.2 扰动观测器(DOB)39-46
• 4.2.1 扰动观测器原理介绍39-41
• 4.2.2 扰动观测器控制器设计41-43
• 4.2.3 仿真和实验分析43-46
• 4.3 扩张状态观测器(ESO)46-52
• 4.3.1 扩张状态观测器原理介绍46-47
• 4.3.2 扩张状态观测器控制器设计47-49
• 4.3.3 控制器稳定性分析49
• 4.3.4 仿真和实验分析49-52
• 4.4 小结52-53
• 第五章 基于滑模控制和内模原理的无刷直流电机转速波动抑制方法53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 滑模控制原理介绍53-55
• 5.2.1 滑模变结构控制定义54
• 5.2.2 滑模变结构控制设计步骤54-55
• 5.3 内模原理介绍55
• 5.4 控制器设计55-58
• 5.4.1 转速环复合控制器设计55-58
• 5.5 仿真和实验分析58-64
• 5.6 小结64-65
• 第六章 结束语65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-73
• 附录A 硬件实物图73-75
• 作者在学期间科研成果75

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本文编号：923042