无刷直流电机调速系统滑模变结构控制研究

论文摘要

在调速系统中,由于电动机本身和负载的非线性等因素的影响,采用传统控制策略在实际应用时往往难以获得理想的性能指标。滑模控制具有很好的鲁棒性,为高性能调速控制系统的设计提供了新的思路。本文主要对滑模控制策略及其在调速系统中的应用进行研究。在分析文献的基础上,总结了滑模变结构控制的发展历史和特点,详细讨论了滑模变结构控制的基本概念、基本定义和设计方法,并设计了一种改进的滑模控制策略。分析了无刷直流电机的工作原理和特性,建立了无刷直流电机的数学模型,分别基于常规PID控制及基于改进的滑模控制设计了无刷直流电机调速控制器,进行了分析和仿真研究,结果表明该控制系统具有响应快、鲁棒性好等优点,其动、静态性能均优于常规PID控制。设计了基于DSP的无刷直流电机调速系统硬件平台,利用DSP处理数据的高速性,提高了控制策略的实时性。初步完成了滑模控制算法在无刷直流电机调速系统中的应用,给出了实验数据和实验波形并对实验结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无刷直流电动机调速系统概述
• 1.3 滑模变结构控制理论概述
• 1.3.1 滑模变结构控制理论的发展历史
• 1.3.2 滑模变结构控制理论的研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 滑模变结构控制系统分析
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 滑动模态
• 2.1.2 动态品质及趋近律仿真
• 2.1.3 不变性和鲁棒性
• 2.1.4 稳定性
• 2.2 滑模控制的切换函数设计
• 2.2.1 极点配置法
• 2.2.2 二次型最优法
• 2.3 小结
• 第三章 原理分析与建模
• 3.1 无刷直流电动机原理分析
• 3.1.1 结构和特点
• 3.1.2 工作原理
• 3.2 无刷直流电动机的数学模型
• 3.2.1 电动机模型的基本方程
• 3.2.2 电动机的工作特性
• 3.3 转矩脉动分析
• 3.3.1 谐波对转矩脉动的影响
• 3.3.2 电流换相对转矩脉动的影响
• 3.4 小结
• 第四章 控制策略研究
• 4.1 无刷直流电动机调速系统
• 4.2 PID控制策略
• 4.3 改进的滑模控制策略
• 4.3.1 控制律设计
• 4.3.2 MATLAB仿真与分析
• 4.4 小结
• 第五章 滑模控制实验
• 5.1 系统硬件设计
• 5.1.1 DSP芯片
• 5.1.2 PWM波形的产生
• 5.1.3 转子位置检测
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 主程序
• 5.2.2 捕获中断
• 5.2.3 ADC中断
• 5.3 主要设备
• 5.4 实验结果
• 5.4.1 常规PID控制策略
• 5.4.2 改进的滑模控制策略
• 5.5 实验结果分析
• 5.6 小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢