基于重置控制的直流电机伺服系统研究

摘要

有刷直流电机具有结构简单、价格便宜、制造方便、力矩系数大、容易控制、能够载重起动等优点，被广泛应用于伺服控制领域。由于有刷直流电机的模型是一个非线性系统，而且温度、负载等外界坏境因素的变化会导致电机参数改变，这时传统的PI控制器无法自适应电机参数变化，可能导致系统响应速度慢、超调量大、转速跟踪效果差。为了提高有刷直流电机伺服系统的响应速度以及转速跟踪效果，本文给出了基于粒子群算法改进的模糊控制器以及最优重置控制器的设计方案，并将这些控制算法应用到有刷直流电机伺服控制系统中，实现了预期的控制目标。
　　首先，基于有刷直流电机的控制原理，给出有刷直流电机伺服控制系统的总体控制方案并给出各控制方法的控制框图及分析，最后给出了伺服系统的硬件电路设计方案。
　　其次，针对传统PI控制方法在有刷直流电机调速系统上的不足，对速度环采用模糊自适应PI控制方法，对电机调速系统改进，为了进一步提高有刷直流电机的转速跟踪效果，将粒子群算法与模糊自适应PI控制方法相结合，对速度环进行控制，利用Matlab/Simulink搭建直流电机伺服控制系统模型，分别给出基于PI控制、模糊自适应PI控制和粒子群模糊PI控制的仿真结果，对仿真结果进行分析，并给出对电机转速响应速度和转速跟随效果的对比分析。
　　再次，为了在保证电机伺服系统响应速度的情况下消除电机转速超调量，分别对电流环采用提前重置控制和最优重置控制方法。利用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型，给出基于提前重置控制和最优重置控制的仿真结果，并将这两个控制方法的仿真结果与传统PI控制方法的仿真结果进行对比分析。
　　最后，根据有刷直流电机伺服系统所需实现的控制功能，设计了硬件电路。根据本文给出的控制方法，在Keil的开发环境下进行了软件程序开发，使用Labview软件设计人机交互界面。在所搭建的实验平台对直流电机伺服调速系统进行了实验，完成了不同输入信号下电机转速跟随实验，给出实验结果并进行对比分析。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2直流电机伺服系统研究现状

1．2．1模糊控制方法国内外研究现状

1．2．2重置控制方法国内外研究现状

1．3本论文的主要研究内容

第2章直流电机伺服控制系统总体方案

2．1总体方案设计

2．2直流电机伺服系统硬件设计方案

2．3本章小结

第3章基于模糊控制的直流电机伺服系统研究

3．1直流电机双闭环调速系统仿真

3．2模糊控制器设计

3．2．1模糊自适应PI控制器设计

3．2．2基于粒子群算法优化模糊自适应PI控制器设计

3．3仿真结果对比分析

3．4本章小结

第4章基于重置控制方法的直流电机伺服系统研究

4．1重置控制器设计

4．1．1重置控制

4．1．2重置PI控制原则

4．1．3基于提前重置控制的电流控制器设计

4．1．4基于最优重置控制的电流控制器设计

4．2基于重置控制的直流电机伺服系统仿真及分析

4．2．1基于提前重置控制的电流环伺服系统仿真

4．2．2基于最优重置控制的电流环伺服系统仿真

4．3仿真结果对比分析

4．4本章小结

第5章实验与分析

5．1搭建实验平台

5．1．1主要硬件电路设计

5．1．2软件实现方案

5．2实验结果及分析

5．2．1 PWM输出调试实验

5．2．2电机伺服控制性能实验

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发的论文和取得的科研成果

致谢