家用搅拌机控制系统的设计与研究

论文摘要

单相交流串励电机的输出转矩大,转速高,控制电路简单,因而在家电产品中应用广泛。目前,单相交流串励电机主要应用在控制要求不高的场合,但随着生活品质的提高,对交流串励电机控制性能的要求也在提高。本文针对单相交流串励电机的特点,设计了单相串励电机的转速控制系统,结合在不确定性负载的条件下的应用,对搅拌机系统的速度控制策略和电磁兼容问题进行了深入的研究。本文首先介绍了单相交流串励电机工作原理和调速原理,在硬件设计上,针对搅拌机系统功能要求,设计家用搅拌机各个子系统模块,并分析了各模块的工作原理,说明参数选择原则。同时,对搅拌机系统设计过程中涉及的EMC和EMI问题进行分析和解决。其次,针对系统的不确定性负载的特性,提出了模糊自适应整定PID控制策略,分析了在不同的系统误差和误差变化下,对PID控制参数变化的要求,在Matlab中,建立PID参数整定的模糊规则,经模糊推理,解模糊后得到三个关于PID参数的模糊查询表。系统运行中,MCU根据误差和误差变化趋势直接在线查表获得调整参数,代入整定公式得到控制器的输出。根据搅拌机的调速范围大的特点,提出了变论域的思想,通过调整模糊控制器的因子来适应系统的动态变化,实现控制性能的改善。最后具体设计了家用搅拌机系统的硬件和软件部分,给出实际试验数据和波形,说明系统的响应时间,超调量和稳态误差等均满足设计要求,实现了对搅拌机速度的较好的控制,验证了模糊自适应整定PID对带有不确定负载的串励电机速度控制的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究目的及意义
• 1.2 国内外智能家电控制领域的发展现状
• 1.2.1 智能家电的发展现状
• 1.2.2 PID 控制发展现状及其参数整定
• 1.2.3 模糊控制发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 单相交流串励电机原理
• 2.1 引言
• 2.2 单相交流串励电机的工作原理
• 2.2.1 单相交流串励电机的运行原理
• 2.2.2 单相交流串励电机的机械特性
• 2.3 搅拌机控制系统硬件框图
• 2.4 本章小结
• 第3章 模糊自适应整定PID 控制器设计
• 3.1 引言
• 3.2 PID 控制的原理
• 3.3 模糊自适应整定PID 控制器原理
• 3.3.1 输入和输出变量的模糊化
• 3.3.2 语言变量值的选取及其在论域上的模糊子集
• 3.3.3 模糊控制规则
• 3.3.4 模糊推理
• 3.3.5 解模糊化
• 3.4 模糊控制器的设计
• 3.5 可变论域思想
• 3.6 本章小结
• 第4章 家用搅拌机控制系统硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 搅拌机系统的硬件原理
• 4.3 控制系统子模块的设计分析
• 4.3.1 电源电路
• 4.3.2 过零检测电路
• 4.3.3 速度检测电路
• 4.3.4 电机驱动电路
• 4.3.5 可控硅失速检测电路
• 4.4 控制系统抗干扰设计
• 4.4.1 控制系统中电磁兼容的基本问题
• 4.4.2 系统抗干扰性能设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统软件设计及实验结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 系统的控制要求
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 系统主程序设计
• 5.3.2 系统中断子程序设计
• 5.3.3 系统模糊PID 子程序设计
• 5.4 实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 1 家用搅拌机控制系统的电气原理图
• 致谢