基于LabVIEW的无刷直流电机模糊自适应PID控制研究

摘要

随着电力电子技术和永磁技术的发展，永磁无刷直流电动机是近期迅速成熟起来的一种新型电机，它既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具有直流电机良好的调速性能。然而永磁无刷直流电动机调速系统是一个非线性、多变量、时变系统，采用传统的PID控制方法进行控制，难以达到良好的控制效果。针对这一问题，本文在对无刷直流电机原理及其控制系统进行研究的基础上，结合模糊控制理论，设计采用了模糊自适应PID控制器，利用模糊推理的方法实现对PID参数的在线自动整定，并在LabVIEW环境下设计了无刷直流电机模糊自适应PID控制系统。通过仿真研究，证明其控制效果优于传统PID控制器。 本文主要做了如下几个方面的工作： 1)在对无刷直流电机原理进行分析研究的基础上，在MATLAB中进行了数学模型的建立，并对其数学模型进行了双闭环单纯PID控制仿真，得到了速度，转矩，相电流，反电动势等仿真曲线。 2)通过对模糊自适应PID理论的学习，并根据典型系统单位阶跃响应的误差曲线设计了模糊控制器的模糊规则以及隶属函数，从完成了整个模糊自适应PID控制器的设计。并把模糊自适应PID控制器加入到仿真模型中，进行了系统的调速性能仿真，与单纯PID控制器进行比较取得良好的效果。 3)在LabVIEW环境下，利用LabVIEW软件的模糊工具包进行了整个模糊自适应PID控制算法的设计，并通过DAQ(数字采集卡)进行了控制量的输出和速度信号的采集，以及采用了无刷直流电机的L6235驱动芯片，设计了外围硬件电路，实现了整个硬件无刷直流电机的调速系统。无论是仿真结果还是硬件实验效果表明了该模糊自适应PID控制方法较常规PID控制和单纯的模糊控制具有更好的控制性能，有无超调、响应快、鲁棒性强等特点。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1选题的意义及背景

1.2无刷直流电机的发展概述与研究现状

1.3模糊逻辑控制的研究现状

1.4本文的主要内容

第二章 无刷直流电动机的基本工作原理

2.1无刷直流电动机的基本结构和组成环节

2.2无刷直流电动机的基本工作原理

第三章 无刷直流电机的数学模型及PID控制

3.1无刷直流电动机的动态数学模型

3.2无刷直流电机的系统建模

3.2.1BLDCM电机本体模块

3.2.2转速测量模块

3.2.3转矩测量模块

3.2.4电流测量模块

3.2.5逆变器

3.2.6位置计算模块

3.2.7无刷直流电机PID控制系统仿真实验研究

3.3仿真结果分析

第四章 无刷直流电机模糊自适应PID控制研究

4.1数字PID

4.2模糊控制的基本理论及发展

4.2.1模糊控制理论发展概况

4.2.2模糊控制的基本理论

4.2.3模糊控制器的组成

4.3模糊自适应PID控制策略与参数整定原则

4.3.1自调整模糊控制策略的提出

4.3.2模糊自适应PID参数控制策略

4.3.3参数自整定原则

4.4模糊自适应PID控制器的设计

4.4.1模糊控制器的算法设计

4.4.2模糊自整定PID控制器程序流程图

4.4.3模糊自适应PID仿真结果

4.5仿真结果分析

第五章 基于LABVIEW的无刷直流电机模糊PID控制系统设计

5.1虚拟仪器技术及LabVIEW简介

5.2 LabVIEW环境下模糊控制器的实现

5.2.1 LabVIEW模糊逻辑工具箱简介

5.2.2模糊控制器的实现

5.3控制系统的软件设计

5.3.1LabVIEW图形化编程语言

5.3.2 LabVIEW软件的特点

5.3.3 LabVIEW环境下PID.VI设计

5.3.4 LabVIEW环境下模糊自适应PID设计与实现

5.4数据采集监测电路设计

5.4.1数据采集系统简述

5.4.2数据采集程序模块

5.5电机驱动硬件电路设计

5.6直流无刷电机控制系统的软件设计及硬件构成

5.6.1系统硬件电路

5.6.2控制系统的软件设计

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

研究生履历