基于因特网的无刷直流电动机伺服控制系统的研究

摘要

无刷直流电动机用电子换相代替机械换向，克服了传统直流电动机由于电刷摩擦而产生的一系列问题，具有体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点，因此，对无刷直流电动机伺服器的研究成了运动控制领域的热点。近年来，随着因特网的迅速发展，人们开始考虑将无刷直流电动机接入因特网，实现远程控制，以摆脱常规控制器在空间上的局限性。但是远程网络数据传输会带来时延和数据包丢失等问题，这就增加了无刷直流电动机伺服控制系统的设计难度。本文针对上述问题，对基于因特网的无刷直流电动机伺服控制系统的设计进行了研究。 本文首先在深入研究无刷直流电动机伺服技术的特点及发展，以及网络控制的现状和发展前景的基础上，具体探讨了以因特网为网络媒介的伺服控制系统的时延特性，并在一定条件下建立了简化的网络时延模型。进而在研究无刷直流电动机的数学模型的基础上，利用MATLAB6.5构建了带网络时延的无刷直流电动机控制系统的仿真模型。接着对基于因特网的无刷直流电动机的控制系统的实现进行了研究。针对所选用的电动机内置位置霍尔传感器的特点设计了位置检测电路。对于电动机的转速控制，根据网络时延的特性，针对常规PID调节法的不足，设计了基于模糊控制理论的模糊PI控制算法，使控制系统既有模糊控制灵活而适应性强的特点，又具有PI控制精度高的优点。硬件部分采用TI公司型号为TMS320LF2407的DSP(Digital Signal Processor)作为主控芯片，首先对总体框架进行了设计，接着又对几个主要模块的实现进行了精心设计。软件部分采用模块化设计思想，主要包括PWM波形的发生、换向控制、转速信号的计算、模糊控制响应表的建立以及上位机监控软件等几部分的设计。根据实际条件，把实际网络环境和软件仿真结合起来，搭建了仿真实验平台，并进行了仿真实验。仿真结果表明，控制系统的快速性、超调量、精度、可靠性、抗干扰性等性能指标均达到预期目标。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2相关技术研究的现状与动向

1.3研究主要工作与成果

第2章系统关键环节的策划

2.1系统的技术难点与对策

2.1.1技术难点

2.1.2基本对策

2.2系统通信环节的策划

2.3系统控制环节的策划

第3章系统时延分析与建模

3.1因特网传输时延分析

3.1.1因特网传输的基本问题

3.1.2因特网传输的时延组成

3.2因特网传输时延的测量

3.3网络时延简化模型的建立

3.4带有网络时延的控制系统数学模型的建立

3.4.1 BLDCM模型的建立

3.4.2 BLDCM控制器模型的建立

3.4.3带有网络时延的控制系统数学模型的建立

第4章系统硬件设计

4.1系统硬件总体设计

4.2主控芯片的选择

4.3中央控制子模块的设计

4.4隔离与驱动子模块的设计

4.5相电流的采集子模块的设计

4.6转子位置检测子模块的设计

4.7通信接口子模块的设计

4.8电源管理子模块的设计

第5章系统软件设计

5.1主模块算法的策划

5.1.1 PWM波形的发生

5.1.2 DSP换向控制

5.1.3转速信号的计算

5.1.4控制策略

5.2主程序的设计

5.3中断服务子程序的设计

5.4上位机监控程序的设计

5.4.1控制系统配置子程序设计

5.4.2串口工作配置子程序设计

5.4.3控制系统性能监测子程序设计

第6章系统的仿真

6.1仿真平台的搭建

6.2 MATLAB与C++Builder混合编程

6.3仿真结果及分析

第7章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢