模糊控制神经网络的无刷直流电机直接转矩控制系统研究

摘要

为了简化无刷直流电机控制系统的结构同时又能使其具有较快的转矩响应速度,论文提出一种新颖的控制方案,将直接转矩控制和模糊神经网络控制相结合应用于无刷直流电机控制系统中.直接转矩控制省掉了复杂的矢量变换,使系统结构简单且响应迅速,但是转矩脉动相对较大；而利用神经网络控制获得更精确的磁链值和模糊控制鲁棒性强的特点相结合恰好能够弥补这一缺陷,根据转矩偏差和转矩偏差的变化率,模糊调节电压矢量作用时间,以减小转矩脉动.这种新型的控制策略不仅具有良好的动态特性和简单的结构,其它性能也可与传统的无刷直流电机控制系统相媲美. 本文从无刷直流电机数学模型出发,系统地阐述了无刷直流电机直接转矩控制理论,针对无刷直流电机的特点,分析讨论了空间矢量调制的直接转矩控制(SVM-DTC)具体设计了控制技术的实现方案,包括参考矢量的生成和空间电压矢量调制方法,；详细分析了将模糊控制和神经网络应用于控制系统中的方法,设计了模糊控制和直接转矩相结合的空间电压矢量选择表,利用神经网络算法获取精确的磁链信号；建立了基于Matlab/Simulink的无刷直流电机直接转矩控制的仿真模型,并对其进行了仿真分析；选用TMS320LF2407作为微控制器,将系统的参数自调整模糊控制算法,BP神经网络控制算法以及PWM输出,转子位置、速度、相电流检测计算等功能模块编程存储于DSP的E<'2>PROM,实现了对无刷直流电动机的全数字实时控制,并得到了良好的实验结果. 通过实验和仿真的结果,验证该方案在理论上的可行性.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1无刷直流电动机的发展

1.2国内外的研究状况及本课题研究的意义

1.2.1国内外对无刷直流电动机研究的基本状况

1.2.2本课题研究的意义

1.3研究的内容及结构安排

第二章永磁无刷直流电动机的结构以及原理

2.1无刷直流电动机的基本结构

2.2无刷直流电机的驱动电路

2.3无刷直流电动机转子位置检测

2.3.1转子位置直接检测方法

2.3.2霍尔位置传感器的工作特性

2.4无刷直流电动机的工作原理

2.5无刷直流电动机的数学模型

第三章无刷直流电机中的直接转矩控制控制技术

3.1直接转矩控制的发展

3.2直接转矩控制的主要特点

3.3直接转矩控制技术的基本概念

3.3.1磁链模型

3.3.2磁链轨迹

3.3.3直接转矩控制无刷直流电机的数学模型

3.3.4无刷直流电机空间电压矢量

3.3.5空间电压矢量的正确选择

3.4电压状态的选择

3.5磁链调节

3.6转矩调节器

3.6.1转矩两点式调节器

3.6.2 P/N调节器

3.7直接转矩控制转矩脉动及其性能的改进

第四章神经网络与模糊逻辑的直接转矩控制系统研究

4.1模糊控制的基本概念

4.1.1模糊控制概况

4.1.2模糊集合

4.1.3基本样条函数的定义与特性

4.2参数自调整的模糊调节器的设计

4.2.1模糊化

4.2.2知识库

4.2.3模糊语言

4.2.4模糊推理

4.3直接转矩模糊控制系统

4.4神经网络介绍

4.4.1神经网络的发展现状

4.4.2神经网络控制系统的介绍

4.5神经网络预测控制原理

4.5.1预测控制原理介绍

4.5.2无刷直流电动机的PWM预测数学模型

4.6 BP神经网络与预测控制

4.6.1 BP人工神经网络

4.6.2 BP神经网络在直接转矩控制中的应用

4.7 BP神经网络学习算法的步骤

第五章控制系统的硬件设计及仿真

5.1 模糊神经网络直接转矩无刷直流电机控制系统设计

5.2无刷直流电机控制系统的仿真研究

5.2.1无刷直流电机的仿真模型

5.2.2电磁转矩计算模块

5.2.3电压模块部分模型

5.2.4模糊神经控制部分模型

5.3无刷直流电机直接数字控制系统硬件设计

5.3.1主控芯片的选择

5.3.2电流采样电路

5.3.3 IGBT驱动电路

5.3.4 DSP六路PWM输出电路设计

5.4控制系统软件设计

5.5仿真及实验结果

第六章 总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢