基于FNN的无刷直流电机控制装置及稳速技术的研究

摘要

无刷直流电机是近年来随着微电子技术和电动机技术的迅速发展而时兴起来的一种新型电动机。它亦是以电子换相替代传统机械换相的一种新型直流电机，它既具有交流电机的运行可靠、结构简单、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好、控制特性好、无励磁损耗等诸多特点，在国民经济各个领域的应用日益普及。为了克服外置式位置传感器的诸多弊病，更进一步的拓宽无刷直流电机的应用领域，无位置传感器控制技术已经成为无刷直流电机控制领域研究的热点问题。 由于无位置传感器无刷直流电机调速系统具有时变、强耦合、非线性等特征，虽然传统的控制策略虽然快速性好、控制精度高、但在被控对象数学模型不确定或为非线性时，通常难以满足系统要求的静、动态性能指标。基于模糊神经网络的控制方法，具有无需依赖控制对象精确数学模型和能防止时变、参数扰动等因素的特性，因此针对上述存在的问题，本文在简单模糊控制算法基础上，设计了利用单个神经元在线调整模糊控制查询表的算法。 论文从无刷直流电机的基本环节、工作原理、运行特性以及传递函数开始，简述了使用位置传感器存在的弊端，详细介绍了无位置传感器控制技术的原理和方法。在此基础上，对速度波动产生的原因进行了分析，并在比较各种无位置传感器检测技术后，选择使用反电势过零检测法，采用AT89C2051芯片对无位置传感器的无刷直流电机控制系统进行设计。另外根据系统实际要求详细讨论了在无位置传感器情况下，无刷直流电机如何起动、换相以及保持速度平稳运行等问题，并且进行了相应的系统硬件、软件设计。 但在实际设计过程中，存在着模糊神经网络的结构和学习算法方面的一些问题，针对模糊神经网络的结构和原理，论文进行了详尽的证明及其理论推导，并对其控制特点进行了仿真对比说明。经过MATLAB仿真结果表明，将模糊神经网络控制应用于无位置传感器无刷直流电机的速度控制，可以使控制系统具有良好的静、动态特性，并在一定程度上满足系统对速度平稳性的要求。在与试验检测到的波形进行比较过程中，达到了设计的目的和要求，控制效果令人满意。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第1章文献综述

1.1国内外无刷直流电机的发展概况

1.2无刷直流电机转速控制研究

1.3无刷直流电机无位置传感器转子位置检测研究

1.4本课题研究的意义

第2章引言

第3章无位置传感器无刷直流电机的工作原理和运行特性

3.1无位置传感器无刷直流电机的基本结构和工作原理

3.1.1无位置传感器无刷直流电机的基本结构

3.1.2无刷直流电机的工作原理

3.2无刷直流电机运行特性

3.2.1机械特性

3.2.2调节特性

3.3无刷直流电机的数学模型

3.3.1电压方程

3.3.2电磁转矩方程

3.3.3机械运动方程

本章小结

第4章单神经元模糊控制器的设计

4.1简单模糊控制器的结构分析

4.2简单模糊控制器的设计

4.2.1模糊控制器结构设计

4.2.2模糊化及模糊判决

4.2.3建立模糊控制规则及模糊推理设计

4.3单神经元模糊控制器的设计

4.3.1单神经元模糊控制器设计依据

4.3.2单神经元结构模型

4.3.3单神经元模糊控制器结构

4.4算法的设计

4.4.1算法的设计思想

4.4.2单神经元在线学习算法的设计流程

4.4.3单神经元模糊控制器的程序流程图

4.5性能对比仿真

本章小结

第5章无刷直流电机控制系统硬件设计

5.1单片机中对PWM信号的处理

5.2功率开关器件的选取

5.3单片机电路系统的设计

5.3.1转速测量及判断

5.3.2过流保护

5.4反电势过零检测电路

5.4.1反电势过零检测法分析

5.4.2反电势过零检测电路设计

5.4.3滤波电路移相的误差分析

5.5硬件系统可靠性设计

本章小结

第6章无刷直流电机控制电路软件设计

6.1软件设计总体概述

6.1.1软件设计总体思路

6.1.2软件设计要求

6.2开环起动的软件实现

6.3中断子程序设计

6.4软件的可靠性设计

本章小结

第7章系统实验仿真及结果说明

7.1 MATLAB/SIMULINK工具箱简介

7.2模型的建立

7.2.1电机本体模块

7.2.2反电势过零检测模块

7.2.3电流控制模块

7.2.4逆变桥模块

7.2.5速度控制模块

7.3仿真数据分析

本章小结

第8章结论与讨论

参考文献

致谢

在学期间所发表的文章