无刷直流电机自适应模糊PID算法研究

摘要

无刷直流电机控制系统是集电机技术、电力电子技术、控制理论和计算机技术等现代科学技术于一身的机电一体化系统,不仅保持了传统直流电机优越的调速性能,而且克服了原本机械换相和结构复杂的缺点,在现代生活生产中得到了广泛应用,前景广阔,因此研究无刷直流电机系统具有了其应用价值。本文研究了无刷直流电机调速系统及控制算法。
　　论述了无刷直流电机本体结构、驱动方式以及无刷直流电机的工作原理,建立了无刷直流电机的微分方程模型、传递函数模型和状态方程模型。同时根据建立的数学模型,研究了调速方法电枢绕组串电阻法和电枢端调压法,对比两种调速方案的优缺点后,采用了电枢端调压方式中的PWM调速方案。
　　依托建立的无刷直流电机数学模型,研究了常规PID和自适应模糊PID调速控制算法,完成了自适应模糊PID控制的设计,并进行了仿真。
　　通过对仿真得到的转速响应曲线的分析,验证了自适应模糊PID算法在无刷直流电机调速系统中比常规PID算法在动态响应和抗干扰方面更优秀。同时在自适应模糊PID控制的无刷直流电机调速系统中,以不同速度阶段下运行都能达到控制要求,验证了自适应模糊PID算法调速系统的可行性。
　　实现了基于32位单片机的无刷直流电机调速系统。采用了32位单片机SH-7125作为主控芯片,以智能功率模块FSB50325为驱动电路,同时设计了信号检测电路、保护电路和通信电路。编写了基于32位单片机的无刷直流电机控制程序和自适应模糊PID控制算法程序,系统实现了电机的启动、电流的检测、转速的计算、电机的换相、PWM占空比的更新以及远程监控等任务。通过系统测试平台验证了控制算法的可行性和正确性。

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第一章 绪论

1.1课题的意义

1.2无刷直流电机的发展历程及应用

1.3无刷直流电机的现状和发展趋势

1.4本文研究主要内容

第二章 无刷直流电机工作原理和数学模型

2.1无刷直流电机结构

2.2无刷直流电机工作原理

2.3无刷直流电机数学模型

2.4无刷直流电机调速策略

2.5本章小结

第三章 自适应模糊控制器的设计

3.1模糊控制的简介

3.2模糊控制系统的结构和原理

3.3自适应模糊控制器设计

3.4本章小结

第四章 无刷直流电机控制系统算法仿真

4.1自适应模糊PID调速控制的仿真模型设计

4.2常规PID调速控制模型仿真

4.3 仿真结果分析

4.4本章小结

第五章 基于32位单片机的无刷直流电机控制系统

5.1硬件系统

5.2 软件设计

5.3 实验

5.4 本章总结

结论与展望

参考文献

附录 系统硬件原理图

攻读硕士学位期间发表论文和获得专利

致谢