基于dspic30F4011的BLDC模糊自适应PID控制研究

论文摘要

无刷直流电机采用电子换向方式,避免了传统的有刷直流电机因机械换向而带来的一些问题,同时其具有体积小、效率高、调速性能好的优点,在工业控制领域和人们的日常生活中得到了越来越广泛的应用,但是由于无刷直流电机运行时存在较大的转矩波动,影响了其在高精度要求场合的应用。本文深入研究了无刷直流电机的结构和工作原理,分析了其数学模型和控制方法,并且提出了利用模糊自适应PID控制器改善无刷直流电机调速系统性能的方法。文中运用MATLABSIMULINK建立了无刷直流电动机控制系统的数学模型,运用模糊控制和在线调整控制参数方法,进一步完善了PID控制器的性能。仿真结果说明,系统的调节时间明显缩短,转速转矩波动得到抑制。本课题采用Microchip公司的数字信号控制器(Digital signal Controller, DSC)dsPIC30F4011,完成了基于模糊自适应PID控制全数字无刷直流电机软硬件控制方案。并对所设计控制系统的硬、软件设计作了详细论述。在完成控制系统整体设计的基础上,着重讨论了几个主要模块的电路设计。最后,给出了控制系统运行时的实验测试情况,实验结果表明,模糊自适应PID控制算法优于普通PID控制算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的意义及背景
• 1.2 无刷直流电机的发展概述
• 1.3 无刷直流电机的研究动态
• 1.4 本文主要完成的工作
• 第二章 无刷直流电机的基本工作原理
• 2.1 无刷直流电机的基本结构
• 2.1.1 电机本体
• 2.1.2 逆变器
• 2.1.3 位置检测器
• 2.1.4 控制器
• 2.2 无刷直流电机的工作原理
• 2.3 无刷直流电机的调速原理
• 第三章 无刷直流电机模糊自适应PID控制研究
• 3.1 PID控制
• 3.2 模糊控制
• 3.3 模糊自适应PID控制策略
• 3.3.1 模糊自适应PID控制策略的提出
• 3.3.2 两种类型的模糊PID控制器
• 第四章 无刷直流电机模糊自适应PID控制的MATLAB仿真
• 4.1 模糊自适应PID控制器设计
• 4.1.1 模糊自适应PID控制器整体结构设计
• 4.1.2 模糊化
• 4.1.3 制定模糊规则
• 4.1.4 模糊推理
• 4.1.5 反模糊化
• 4.2 控制系统的SIMULINK仿真
• 4.2.1 速度控制器模块
• 4.2.2 电流反馈模块
• 4.2.3 电流控制器与PWM调节器模块
• 4.2.4 换向控制模块
• 4.2.5 选通信号控制模块
• 4.3 仿真结果
• 第五章 控制系统设计
• 5.1 控制芯片dsPIC30F4011介绍
• 5.2 控制系统硬件电路设计
• 5.2.1 整流电路设计
• 5.2.2 电压转换电路设计
• 5.2.3 逆变桥设计
• 5.2.4 电流采样电路设计
• 5.2.5 过流保护电路设计
• 5.2.6 转子位置检测电路设计
• 5.3 控制系统软件设计
• 5.3.1 MPLAB集成开发环境（IDE）
• 5.3.2 主程序设计
• 5.3.3 捕获单元中断子程序
• 5.3.4 定时采样中断子程序
• 5.3.5 故障保护中断子程序
• 5.4 实验结果
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 不足和展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢