基于FPGA的直流电机转速控制研究与设计
发布时间：2021-01-13 14:03
现代社会中,电机作为机电能量转换的装置被广泛应用在生活生产中的各个领域,且在工业电子的快速发展的过程中,传统的单电机控制系统已经难以满足现代工业需求,更多的是由多个电机协同完成工作。与有刷电机相比,无刷直流电机以优良的性能成为电机设计的首选。目前,无刷直流电机的传统PID控制算法存在响应性能差、控制精度低等问题,且以单片机（MCU）和数字信号处理器（DSP）为控制核心的控制器已不能满足现代工业中多电机系统控制的各种需求。为了解决电机控制系统中存在的上述问题,本文采用FPGA作为控制芯片,充分利用FPGA的实时并行处理等优点,不仅能同时控制多台电机,而且还能实现各种复杂的控制算法,并可根据实际需求对电机控制系统进行重构,从而提升系统响应速度,提高系统控制精度。本文具体研究工作包括以下几个方面:首先,阐述了研究的背景意义及无刷直流电机控制领域的国内外研究现状,介绍无刷直流电机的物理结构和工作原理,推导了无刷直流电机的数学模型。其次,对无刷直流电机转速控制的PID控制算法进行了介绍,针对PID控制算法存在的问题,本文通过模糊控制调节PID控制的三个参数,使之适应系统的变化,达到理想的转速控制...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输入变量的隶属度函数
第3章基于模糊PID的无刷直流电机转速控制算法研究21图3.4输入变量的隶属度函数如图3.5所示为输出变量的隶属度函数。图3.5输出函数的隶属度函数（3）建立模糊规则由于模糊控制器是调节PID控制器的三个重要参数，所以在制定模糊规则过程中，主要根据以下相关控制理论与实际操作经验建立控制器的推理规则[38]。1）当系统误差e较大时，为了保证系统的响应性能，无论误差e值变大或变小，此时pK取值要尽可能较大，而dK取值尽可能较校同时为避免系统响应出现较大的超调，iK的取值也尽可能较校2）当误差e处于中间值时，为了降低控制系统出现的超调量，pK的取值要尽可能的校同时为了保证控制系统的响应性能，iK和dK要取适中的值。但特别注意此时dK的取值对系统影响较大。3）当系统的误差e较小时，为了保证控制系统有较好稳态性能，pK、iK的值
第3章基于模糊PID的无刷直流电机转速控制算法研究24图3.6无刷直流电机模型在搭建模糊控制模块时，采用Matlab中的模糊逻辑工具箱[39]。首先在Matlab中命令行窗口输入“fuzzy”进入模糊控制系统工具箱，编辑输入输出变量的个数，输入是误差值e以及误差值的变化率ec，输出是pidK、K、K，解模糊方法采用重心法，具体编辑器设置界面如图3.7所示。图3.7隶属度函数界面图打开模糊规则编辑窗口后，设置输入和输出的隶属度函数，然后根据表3-1、表3-2和表3-3中设定的规则编写pidK、K、K模糊控制规则表，如图3.8（a）所示。输入和输出的隶属度函数之间的关系如图3.8（b）所示，通过图3.8可以直观的了解输入输出之间的关系，pidK、K、K的输出空间曲面图如图3.9所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人用永磁同步电机的双自由度控制[J]. 任虹霞,王桐. 微电机. 2019(11)
[2]基于FPGA的卷积神经网络硬件加速器设计[J]. 秦华标,曹钦平. 电子与信息学报. 2019(11)
[3]基于现场可编程门电路的人脸检测识别加速平台[J]. 周柚,杨森,李大琳,吴春国,王岩,王康平. 吉林大学学报(工学版). 2019(06)
[4]Accelerating an FPGA-Based SAT Solver by Software and Hardware Co-design[J]. MA Kefan,XIAO Liquan,ZHANG Jianmin,LI Tiejun. Chinese Journal of Electronics. 2019(05)
[5]基于FPGA的便携式多路高精度采集系统设计[J]. 王威,卢翔宇,张秋云,余恒松. 电子技术应用. 2019(09)
[6]基于外转子正弦波多对极电机的无位置传感器伺服系统[J]. 任虹霞,李杨,郭斌. 微电机. 2019(04)
[7]无刷直流电机的模糊PI-PD控制[J]. 胡黄水,宋金洋. 长春工业大学学报. 2019(01)
[8]永磁同步电机直接转矩优化控制研究[J]. 吴健,戴跃洪,唐鹏. 计算机仿真. 2018(11)
[9]基于模糊自适应PID控制的空压机背压控制器设计[J]. 曹婧华,孔繁森,冉彦中,宋蕊辰. 吉林大学学报(工学版). 2018(03)
[10]考虑剩余静载的高速AUV新型滑模控制器设计（英文）[J]. 姜春萌,万磊,孙玉山,李岳明. Journal of Central South University. 2018(01)
硕士论文
[1]无刷直流电机远距离调速控制系统研究[D]. 徐敬成.湖南工业大学 2019
[2]基于滑模变结构的无刷直流电机新型直接转矩控制研究[D]. 缪维娜.江苏科技大学 2018
[3]基于FPGA的多信道通信系统的研究[D]. 王祺皓.上海交通大学 2011
[4]基于FPGA无刷直流电机模糊控制器的设计与研究[D]. 许丽娟.昆明理工大学 2010
[5]基于FPGA的四驱电动车电机驱动控制系统设计[D]. 李学君.武汉理工大学 2010
本文编号：2974994
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输入变量的隶属度函数
第3章基于模糊PID的无刷直流电机转速控制算法研究21图3.4输入变量的隶属度函数如图3.5所示为输出变量的隶属度函数。图3.5输出函数的隶属度函数（3）建立模糊规则由于模糊控制器是调节PID控制器的三个重要参数，所以在制定模糊规则过程中，主要根据以下相关控制理论与实际操作经验建立控制器的推理规则[38]。1）当系统误差e较大时，为了保证系统的响应性能，无论误差e值变大或变小，此时pK取值要尽可能较大，而dK取值尽可能较校同时为避免系统响应出现较大的超调，iK的取值也尽可能较校2）当误差e处于中间值时，为了降低控制系统出现的超调量，pK的取值要尽可能的校同时为了保证控制系统的响应性能，iK和dK要取适中的值。但特别注意此时dK的取值对系统影响较大。3）当系统的误差e较小时，为了保证控制系统有较好稳态性能，pK、iK的值
第3章基于模糊PID的无刷直流电机转速控制算法研究24图3.6无刷直流电机模型在搭建模糊控制模块时，采用Matlab中的模糊逻辑工具箱[39]。首先在Matlab中命令行窗口输入“fuzzy”进入模糊控制系统工具箱，编辑输入输出变量的个数，输入是误差值e以及误差值的变化率ec，输出是pidK、K、K，解模糊方法采用重心法，具体编辑器设置界面如图3.7所示。图3.7隶属度函数界面图打开模糊规则编辑窗口后，设置输入和输出的隶属度函数，然后根据表3-1、表3-2和表3-3中设定的规则编写pidK、K、K模糊控制规则表，如图3.8（a）所示。输入和输出的隶属度函数之间的关系如图3.8（b）所示，通过图3.8可以直观的了解输入输出之间的关系，pidK、K、K的输出空间曲面图如图3.9所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人用永磁同步电机的双自由度控制[J]. 任虹霞,王桐. 微电机. 2019(11)
[2]基于FPGA的卷积神经网络硬件加速器设计[J]. 秦华标,曹钦平. 电子与信息学报. 2019(11)
[3]基于现场可编程门电路的人脸检测识别加速平台[J]. 周柚,杨森,李大琳,吴春国,王岩,王康平. 吉林大学学报(工学版). 2019(06)
[4]Accelerating an FPGA-Based SAT Solver by Software and Hardware Co-design[J]. MA Kefan,XIAO Liquan,ZHANG Jianmin,LI Tiejun. Chinese Journal of Electronics. 2019(05)
[5]基于FPGA的便携式多路高精度采集系统设计[J]. 王威,卢翔宇,张秋云,余恒松. 电子技术应用. 2019(09)
[6]基于外转子正弦波多对极电机的无位置传感器伺服系统[J]. 任虹霞,李杨,郭斌. 微电机. 2019(04)
[7]无刷直流电机的模糊PI-PD控制[J]. 胡黄水,宋金洋. 长春工业大学学报. 2019(01)
[8]永磁同步电机直接转矩优化控制研究[J]. 吴健,戴跃洪,唐鹏. 计算机仿真. 2018(11)
[9]基于模糊自适应PID控制的空压机背压控制器设计[J]. 曹婧华,孔繁森,冉彦中,宋蕊辰. 吉林大学学报(工学版). 2018(03)
[10]考虑剩余静载的高速AUV新型滑模控制器设计（英文）[J]. 姜春萌,万磊,孙玉山,李岳明. Journal of Central South University. 2018(01)
硕士论文
[1]无刷直流电机远距离调速控制系统研究[D]. 徐敬成.湖南工业大学 2019
[2]基于滑模变结构的无刷直流电机新型直接转矩控制研究[D]. 缪维娜.江苏科技大学 2018
[3]基于FPGA的多信道通信系统的研究[D]. 王祺皓.上海交通大学 2011
[4]基于FPGA无刷直流电机模糊控制器的设计与研究[D]. 许丽娟.昆明理工大学 2010
[5]基于FPGA的四驱电动车电机驱动控制系统设计[D]. 李学君.武汉理工大学 2010
本文编号：2974994
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