基于DSP无刷直流伺服控制系统研究与设计

摘要

本文研究基于 DSP无刷直流电动机(BLDCM)为驱动元件的伺服控制系统。通过设计电流-速度-位置三闭环 PID控制系统,研究系统的控制策略,建立计算模型并分析简化和整定系统性能,设计 DSP控制器,研究基于模糊神经网络的伺服控制系统位置精度改善,在 MATLAB/SIMULINK对系统进行动态仿真计算。结果表明,基于 DSP控制器和模糊神经网络位置环的无刷直流伺服控制系统有效地提高了控制精度,改善了控制系统的动态响应性能和效率。
　　(1)本文首先研究了无刷直流伺服控制系统的控制策略,进行了设计电流-速度-位置三闭环 PID控制系统的总体设计,分析了各反馈环在闭环伺服控制系统中的作用,选择了伺服控制系统中的所需的传动机构、传感器及功率驱动单元等。
　　(2)通过分析 BLDCM的结构原理及运行特性,建立了BLDCM电动机的数学模型,进行静态和动态运动特性分析,依据工程最佳设计模型对电流环和转速换进行分析简化整定计算。
　　(3)研究了系统的DSP控制器设计问题,分析了系统 DSP的控制方式,实现了系统 BLDCM的换相、信号采集、PWM信号输出、位置控制、转速控制及电流控制等功能要求。
　　(4)根据控制目标要求,按照工程最佳设计模型对系统的电流环及速度环进行分析计算,研究与设计了基于数字 PI调节器的电流环、速度环及位置环,并仿真实验和校正。结果表明,系统的电流环控制器和速度环控制器能够快速响应和调节,达到预期快速性和自动调节的控制效果。
　　(5)为满足位置环快速跟踪和精确定位的性能要求,论文给出了一种基于模糊控制与神经网路相结合的模糊神经网络控制位置环控制策略,自动生成模糊控制规则的位置控制精度实现。仿真结果表明,模糊神经网络位置环的控制策略能够有效地进行系统快速跟踪和精确定位,使整个控制系统全面满足性能和控制目标要求。
　　论文的研究结果将为交流伺服控制系统设计提供了更多的方法和思路。

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引 言

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容及技术路线

2 基于 BLDCM 的伺服控制系统总体设计

2.1 BLDCM 伺服控制系统的三环控制结构

2.2 系统的机械进给传动机构

2.3 无刷直流伺服电动机选择

2.4 系统的功率驱动单元

2.5 伺服系统中的信号检测

2.6 本章小结

3 BLDCM 的建模及运动特性研究

3.1 BLDCM 的建模

3.2 BLDCM 的数学模型

3.3 BLDCM 的运行特性分析

3.4 本章小结

4 系统 DSP 控制器研究

4.1 DSP 系统的结构与控制方式

4.2 DSP 伺服控制系统的信号检测

4.3 本章小结

5 系统的电流环和速度环设计与整定

5.1 电流环设计及参数整定

5.2 转速环设计及参数整定

5.3 系统转速环与电流环参数计算与整定

5.4 本章小结

6 基于模糊神经网络的系统位置环设计与整定

6.1 基于 P 位置调节器的计算分析

6.2 模糊控制规则

6.3 神经网络模型

6.4 模糊神经网络控制

6.5 基于模糊神经网络的位置环 MATLAB 仿真

6.6 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 发展展望

参考文献

后 记

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著