基于灰色控制的永磁无刷直流电机调速系统研究

论文摘要

无刷直流电机是一种性能优越、应用前景广阔的电机,应用传统的控制理论对其进行控制系统设计、分析的技术已经相对成熟,在此基础上研发出的各种调速系统已经在工业生产中获得广泛应用。因此,无刷直流电机的进一步推广应用,在很大程度上依赖于对一些先进控制策略的研究。为了改进无刷直流电机调速系统的控制性能,本文基于灰色控制理论建立了无刷直流电机灰色PID控制调速系统模型。常规的PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下,PID控制性能优良,但无刷直流电机是一种多变量、非线性的控制系统,传统的PID控制器难以克服电机自身参数不确定和扰动带来的转速偏差问题,无法实现精确快速的控制。灰色控制器是在继承经典PID控制器不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良并且算法简单。该控制器设计不需要建立电机的精确数学模型,对参数变化和负载扰动不敏感。系统较好地实现了给定速度参考模型的自适应跟踪,结构简单,能适应环境变化,具有较强的鲁棒性。本文以灰色系统理论为基础,把无刷直流电机的数学模型分为确定部分与不确定部分,对被控对象的不确定部分建立灰色模型,进行灰色预估补偿,使控制系统的灰量得到一定程度的白化。对所提出的无刷直流电机灰色PID控制调速系统进行了仿真,对仿真结果给出理论分析;以TMS320F2812型DSP为核心控制器建立了无刷直流电机调速驱动系统。仿真和实验结果表明,基于灰色PID控制算法的无刷直流电机调速系统受电机参数变化影响较小,具有较高的控制精度和鲁棒性,表现出优良的动、静态性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁无刷直流电机的发展现状及应用
• 1.1.1 永磁无刷直流电机的特点
• 1.1.2 永磁无刷直流电机的发展
• 1.1.3 永磁无刷直流电机的应用
• 1.2 永磁无刷直流电机的研究热点
• 1.3 灰色系统理论
• 1.3.1 灰色系统理论建立的背景
• 1.3.2 灰色系统的基本概念
• 1.4 本文研究内容和结构安排
• 第二章 永磁无刷直流电机的数学模型和控制方法
• 2.1 永磁无刷直流电机的结构和数学模型
• 2.1.1 永磁无刷直流电机的结构
• 2.1.2 永磁无刷直流电机的数学模型
• 2.2 无刷直流电机控制方法
• 2.2.1 常用控制方法
• 2.2.2 灰色控制
• 2.2.3 序列算子
• 2.2.4 灰色系统的建模
• 第三章 基于灰色控制的永磁无刷直流电机调速系统设计
• 3.1 基于GM（0，N）模型的无刷直流电机调速系统设计
• 3.1.1 灰色PID 控制算法
• 3.1.2 基于灰色PID 控制器的双闭环调速系统设计
• 3.1.3 控制器设计
• 3.1.4 仿真结果与分析
• 3.2 基于GM（1，1）模型的无刷直流电机调速系统设计
• 3.2.1 灰色预测控制算法
• 3.2.2 灰色预测控制器设计
• 3.2.3 仿真结果与分析
• 第四章 控制系统硬件和软件设计
• 4.1 TMS320F2812 芯片的概述
• 4.2 系统硬件电路设计
• 4.2.1 电源电路的设计
• 4.2.2 逆变桥路电路的设计
• 4.2.3 光电隔离
• 4.2.4 驱动电路设计
• 4.2.5 采样电路
• 4.3 系统软件的设计
• 4.3.1 控制系统主程序
• 4.3.2 中断服务子程序
• 4.4 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢