基于Fuzzy-PI混合控制的无刷直流电机系统研究

摘要

无刷直流电机是以电子换相来代替机械换相，它既保持了直流电机的优良特性，具有较好的启动和调速性能，而且它又无需机械换向器，结构简单，可以从根本上消除有刷直流电机易于产生火花的弊病，在航天、机器人、数控机床、以及医疗器械、仪器仪表、家用电器等方面得到广泛应用。因此，研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电机控制系统具有十分重要的意义。 本文主要研究的是基于Fuzzy—PI混合控制的无刷直流电机(BLDCM)控制系统。详细介绍了无刷直流电机的基本组成、基本运行原理及其调速方法，给出了无刷直流电机的数学模型。在Simulink环境下建立控制系统的仿真模型，并对系统进行了仿真。仿真结果表明，系统超调量小，响应速度快，具有较高的控制精度和较好的鲁棒性。 系统的硬件设计以TMS320F2812为主芯片，采用智能功率模块(IPM)作为逆变器的主开关器件的全桥电路。设计了供电电源电路、电流采样电路、保护电路以及光电隔离电路。系统的软件设计主要根据Fuzzy—PI混合控制的基本思想，对整个控制系统进行相应的软件设计。介绍了DSP程序开发流程、配置CMD文件；阐述了控制系统结构化设计的软件编程思路；给出了主程序和各个子程序的流程图以及部分程序代码，实现了转速、电流双闭环的无刷直流电机控制系统软件设计。其中转速环采用Fuzzy—PI混合控制，电流环采用传统PI控制。 完成硬件部分和软件部分调试后，进行了无刷直流电机控制系统的实验。实验结果表明：较传统的PI控制，采用Fuzzy—PI混合控制在无刷直流电机的实时控制中取得了较好的效果，具有较好的动态和静态性能。

目录

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声明

第一章绪论

1.1无刷直流电机的发展概况

1.2无刷直流电机的特点及应用范围

1.2.1无刷直流电机的特点

1.2.2无刷直流电机的应用范围

1.3国内外研究现状

1.4本文研究的主要内容

第二章无刷直流电机系统组成和基本运行原理

2.1无刷直流电机系统的组成

2.1.1电机本体

2.1.2位置检测器

2.1.3逆变器和控制器

2.2无刷直流电机的运行原理

2.3无刷直流电机的调速方法

第三章模糊控制理论与模糊控制器设计

3.1模糊理论的起源

3.2模糊控制器的设计方法

3.2.1模糊控制器的结构设计

3.2.2模糊控制规则的设计

3.2.3精确量与模糊量之间的相互转换

3.2.4量化因子和比例因子的选择

第四章无刷直流电机的Fuzzy-PI混合控制仿真

4.1无刷直流电机的数学模型

4.2基于Fuzzy-PI混合控制的无刷直流电机控制系统的仿真

4.2.1无刷直流电机本体模块

4.2.2电流环调节模块

4.2.3速度环调节模块

4.3仿真结果与分析

第五章无刷直流电机控制系统硬件设计

5.1电机控制平台主电路设计

5.2电机控制平台控制电路设计

5.2.1 DSP芯片选型

5.2.2电源电路

5.2.3电流采样电路

5.2.4过流保护电路

5.2.6隔离电路设计

5.2.5 IPM逆变器故障保护电路

5.3硬件电路设计的抗干扰措施

第六章无刷直流电机控制系统软件设计

6.1.DSP软件开发与应用

6.1.1 DSP软件开发流程

6.1.2配置CMD文件

6.1.3数的定标

6.2软件整体设计

6.2.1初始化模块

6.2.2霍尔位置信号的处理

6.2.3中断服务程序

6.2.4速度环的Fuzzy-PI调节

6.2.5电流环的PI调节

6.3实验结果与分析

第七章总结

致 谢

参考文献

附 录

攻读硕士期间发表的论文