无刷直流电动机自适应模糊控制的研究

摘要

永磁无刷直流电动机实际上是以电子换向代替机械换向的直流电动机,因而保持了直流电动机的优良特性,具有较好的起动和调速性能,又因它无需机械换向器使电机的结构简单,可以从根本上克服一般有刷直流电动机易于产生换向火花的弊病,在航天、机器人、数控机床等许多工业领域已得到广泛应用.该文从永磁无刷直流电动机的基本工作原理出发,提出了利用自适应模糊PID控制器实现对永磁无刷直流电机调速系统进行设计的新方法.首先建立无刷直流电动机的动态数学模型,以此进行转速和电流双闭环调速系统控制;接着将模糊控制器和PID控制器通过自适应因子结合起来,在线自调整控制参数,进一步完善了PID控制器的性能,提高了系统的控制精度.同时给出了仿真结果.此外,如何在较宽的调速范围内减小力矩波动一直是交流系统研究的主要问题.该文对双极性调制的无刷直流电动机仿真,分析了转速和调制频率对转矩影响;并综合考虑缓冲电路、控制死区及载波频率对PWM逆变电路中IGBT开关损耗的影响.同时给出了仿真结果.

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第一章概述

1.1无刷直流电动机的发展

1.2无刷直流电机的特点及其广泛用途

1.3无刷直流电动机未来发展趋势

1.4本文研究的主要内容

第二章无刷直流电动机的基本原理

2.1无刷直流电动机的构成及其工作原理

2.1.1无刷直流电动机的基本组成环节

2.1.2无刷直流电动机的工作原理

2.2无刷直流电动机的换相讨论

2.2.1全控器件实现的逆变供电

2.2.2反电势换相

2.2.3断续换相

2.2.4电网换相

2.2.5强迫换相

第三章无刷直流电动机的基本公式与系统建模仿真

3.1无刷直流电动机的基本关系式

3.1.1电机电压与直流电压之间的关系式

3.1.2电压与电机转速之间的关系式

3.1.3电流和电磁转矩的关系式

3.2无刷直流电动机的动态数学模型

3.2.1永磁伺服电机的数学模型

3.2.2逆变器的数学模型

3.2.3换相逻辑

3.2.4系统模型

3.3无刷直流电动机的仿真及结果分析

第四章模糊控制在无刷直流电动机控制中的应用与仿真

4.1模糊控制的基本理论及发展

4.1.1模糊控制理论发展概况

4.1.2模糊控制的基本理论

4.2基于自适应模糊PID控制的无刷直流电动机

4.2.1无刷直流电动机转速和电流双闭环调速系统控制方式及机理

4.2.2模糊PID控制

4.2.3模糊控制器的设计

4.2.4自适应机构的设计

4.3基于自适应模糊PID控制的无刷直流电动机的仿真

4.3.1无刷直流电动机转速和电流双闭环调速控制系统仿真图

4.3.2自适应PID模糊控制系统的编辑

4.3.3仿真结果分析

第五章PWM供电的无刷直流电动机的仿真

5.1 PWM控制的基本理论

5.2单极性PWM控制原理

5.3双极性PWM控制原理

5.4 PWM调制无刷直流电动机原理图和仿真结果分析

5.4.1 PWM调制无刷直流电动机仿真原理图

5.4.2 PWM调制无刷直流电动机仿真结果分析

第六章PWM逆变电路中功率器件(IGBT)的损耗分析及仿真

6.1 IGBT的发展现状及应用

6.2 IGBT缓冲电路的工作原理

6.3 PWM逆变电路中功率器件(IGBT)的损耗分析

6.3.1控制死区的设计对IGBT损耗的影响

6.3.2缓冲器件参数对IGBT损耗影响

6.3.3 PWM频率对IGBT损耗的影响

6.4 PWM逆变电路中功率器件(IGBT)损耗仿真和仿真结果分析

6.4.1 PWM逆变电路中功率器件(IGBT)损耗仿真

6.4.2缓冲电路的仿真结果分析

6.4.3不同调制频率下器件损耗的仿真结果分析

第七章结论

参考文献