智能电动执行机构无刷直流电机控制系统研究与设计

论文摘要

在现代化的工业控制系统中,智能电动执行机构可以驱动阀门、风门及挡板等调节机构,并广泛应用于冶金、能源及化工等控制领域中。智能电动执行机构采用现代控制手段,输入给定参数能够自动执行实现智能化控制要求,具有控制精度和可靠性高等优点,具有广阔的市场前景。无刷直流电机作为智能电动执行机构的驱动部件,具有结构简单、出力大和效率高等特点,对工业控制系统具有很高的使用价值和重要的研究意义。论文在介绍智能电动执行机构和无刷直流电机发展及研究现状并分析其工作原理的基础上,对无刷直流电机进行数学模型分析,给出控制系统的总体设计方案；提出了基于模糊神经网络(FNN)的滑模变结构(SMC)无刷直流电机控制算法；在MATLAB环境下,对无刷直流电机控制系统进行仿真。仿真结果表明：基于FNN的滑模变结构控制与传统的PID控制在抑制超调和速度响应方面能取得较好的控制效果,并且对扰动变化不敏感,鲁棒性强。论文对无刷直流电机控制系统的软硬件设计进行了详细的阐述。试验样机调试中,无刷直流电机控制系统可以实现电机的柔性启停,速度可调及点动和连续控制等基本要求,可实现开关型和调节型两种工作制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 智能电动执行机构的国内外发展和研究现状
• 1.1.1 国外研究现状及发展趋势
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.2 无刷直流电机的控制方法研究现状
• 1.2.1 有位置传感器的电机控制
• 1.2.2 无位置传感器的电机控制
• 1.3 课题研究背景及意义
• 1.4 论文主要研究内容及章节安排
• 第二章 无刷直流电机工作原理及特性分析
• 2.1 无刷直流电机的结构和工作原理
• 2.1.1 无刷直流电机结构
• 2.1.2 电子换相
• 2.1.3 转子位置检测
• 2.1.4 无刷直流电机的工作原理
• 2.2 无刷直流电机的数学模型
• 2.2.1 定子电压方程
• 2.2.2 反电势动方程
• 2.2.3 电磁转矩方程
• 2.2.4 运动方程
• 2.3 无刷直流电机特性分析
• 2.3.1 机械特性
• 2.3.2 调节特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于模糊神经网络的滑模变结构控制
• 3.1 滑模变结构控制基本原理
• 3.2 模糊神经网络
• 3.3 无刷直流电机的仿真模型
• 3.4 基于模糊神经网络的滑模控制系统
• 3.4.1 滑模控制器
• 3.4.2 模糊神经网络的滑模控制器
• 3.4.3 具体算法在无刷电机中的实现
• 3.5 仿真结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 智能电动执行机构系统总体方案
• 4.1 智能电动执行机构工作原理及控制要求
• 4.1.1 普通执行机构的工作原理
• 4.1.2 智能型电动执行机构特点及控制要求
• 4.1.3 电机的控制要求
• 4.2 硬件总体设计方案
• 4.3 微处理器控制电路
• 4.3.1 微处理器
• 4.3.2 微控制电路实现
• 4.3.3 光耦隔离电路
• 4.3.4 串口通信接口电路
• 4.4 驱动控制电路
• 4.4.1 智能功率模块
• 4.4.2 电容充电保护电路
• 4.4.3 电流电压采样电路
• 4.4.4 驱动电路
• 4.5 位置检测电路
• 4.6 系统软件设计
• 4.6.1 软件开发环境介绍
• 4.6.2 软件设计流程
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果