基于DSP的无刷直流电动机双模控制及转矩波动研究

摘要

永磁无刷直流电动机是一种性能优越、应用前景广阔的电动机,传统的理论分析及设计方法已比较成熟,它的进一步推广应用,在很大程度上有赖于对控制策略的研究.该文提出了一套基于DSP的全数字无刷直流电动机模糊神经网络双模控制系统,将模糊控制和神经网络分别引入到无刷直流电动机的控制中来.充分利用模糊控制对参数变化不敏感,能够提高系统的快速性的特点,构造适用于调节较大速度偏差的模糊调节器,加快系统的调节速度;由于神经网络既具有非线性映射的能力,可逼近任何线性和非线性模型,又具有自学习、自收敛性,对被控对象无须精确建模,对参数变化有较强的鲁棒性的特点,构造三层BP神经网络调节器,来实现消除稳态偏差的精确控制.以速度偏差率为判断依据,实现模糊和神经网络两种控制模式的切换,使系统在不同速度偏差段快速调整、平滑运行.此外充分利用系统硬件构成的特点,采用适当的PWM输出切换策略,最大限度的抑制逆变桥换相死区;通过换相瞬时转矩公式推导和分析,得出在换相过程中保持导通相功率器件为恒通,即令PWM输出占空比D=1,来抑制定子电感对换相电流影响的控制策略.上述抑制换相死区和采用恒通电压的控制方法,减小了换相引起的转矩波动,使系统电流保持平滑、转矩脉动大幅度减小、系统响应更快、并具有较强的鲁棒性和实时性.在这种设计下,系统不仅能实现更精确的定位和更准确的速度调节,而且可以使无刷直流电动机长期工作在低速、大转矩、频繁起动的状态下.该文选用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E2PROM,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的结果.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1永磁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无刷直流电动机转子位置检测

2.2.1转子位置间接检测方法

2.2.2转子位置直接检测方法

2.2.3霍尔位置传感器的工作特性

2.3无刷直流电动机的工作原理

2.4无刷直流电动机的数学模型

第三章参数自适应的模糊控制和BP神经网络双模控制器的设计

3.1模糊控制理论基础

3.1.1模糊控制的发展

3.1.2模糊集合

3.1.3隶属函数确定方法

3.1.4模糊关系

3.2参数自调整的模糊调节器的设计

3.3神经网络简介

3.3.1神经网络理论的发展过程

3.3.2神经网络在电机控制中的应用

3.4BP神经网络控制器

3.4.1BP人工神经网络

3.4.2BP网络的前馈计算

3.4.3网络权值的调整规则

3.4.4BP神经网络学习算法的步骤

3.5参数自调整的模糊控制和BP神经网络相结合的双模控制器

第四章无刷直流电动机的转矩波动及抑制方法分析

4.1无刷直流电动机的转矩分析

4.1.1转矩成分分析

4.1.2转矩公式

4.3无刷直流电动机的换相转矩分析及抑制方法

4.3.1换相过程对无刷直流电机电磁转矩的影响

4.3.2用恒压控制的方法来抑制换相转矩波动

第五章基于DSP的系统驱动电路的结构及功能介绍

5.1TMS320LF2407结构及功能简介

5.2驱动系统结构及各模块功能介绍

5.2.1相电流采样和A/D转换

5.2.2速度和方向的检测

5.2.3 IGBT驱动电路

5.2.4通讯监控的实现

5.2.5过载保护

5.3TMS320LF2407的软件设计

5.3.1 A/D转换和电流调整

5.3.2转子位置检测以及速度和速度偏差的求取

5.3.3 PWM输出和减小换相死区的方法

5.4实验结果

第六章结论

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况的说明

致谢