论文题目: 永磁无刷直流电机滑模变结构控制
论文类型: 硕士论文
论文专业: 电机与电器
作者: 刘均华
导师: 夏长亮
关键词: 永磁无刷直流电机,滑模变结构控制,扩张状态观测器,数字信号处理器,现场可编程门阵列
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 永磁无刷直流电机(BLDCM)既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电机的运行效率高、调速性能好等诸多特点,所以在工业领域有了日益广泛的应用。控制策略的优劣对电机的性能影响很大,许多学者针对永磁无刷直流电机设计了很多的控制系统,并且取得了很好的控制效果。因为永磁无刷直流电机是一种多变量、非线性的系统,得到准确的数学模型比较困难。经典的PID控制需要精确的电机模型,所以难以对电机进行精确的控制。现代控制理论如模型参考自适应控制、模糊控制和神经网络控制可以有效地提高电机的运行性能。但是,模型参考自适应控制对负载的快速变化特别敏感;在模糊控制中,由于复杂模糊规则的相互作用,使得到的合成推理算法具有相当程度的非线性性能,致使模糊控制效果不够理想;而神经网络控制器因需要不断学习来调整参数,所以需要速度很快的微处理器,硬件实现比较困难。基于以上原因,本文引入了滑模变结构控制器和扩张状态观测器。滑模变结构控制器有对摄动的完全自适应性等优点,可以用它来实现对电机速度、位置、电流的控制,也可以用来设计系统的状态观测器,而且硬件实现与智能控制相比比较简单。扩张状态观测器是一种性能良好的观测器,它不仅能得到不确定对象的状态,还能获得对象模型中内扰和外扰的实时控制量。把这个控制量补偿到控制系统中,能取得很好的控制效果。本文根据永磁无刷直流电机的数学模型和滑模变结构控制的特点,把换相引起的相电流变化当作外界对电机的干扰,建立了一个模型。根据此模型,构造了滑模变结构控制器,运用其对各种扰动不敏感的特性来抑制各种干扰对电机的影响。电机的负载转矩用扩张状态观测器来准确估计,所以把它当作一个已知扰动来控制,这样增加了系统的控制精度。MATLAB仿真表明,与经典PID控制器相比,用滑模变结构控制器控制永磁无刷直流电机,超调量小,速度响应快,而且速度响应受电机参数变化影响小,对各种外界干扰也得到了很好的抑制。最后,用TMS320LF2407A DSP与FPGA来搭建硬件电路,对永磁无刷直流电机的速度控制做了一定的研究。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 永磁无刷直流电机的特点及其应用
1.2 滑模变结构控制器与扩张状态观测器的介绍
1.2.1 滑模变结构控制器
1.2.2 扩张状态观测器
1.3 本课题的选题背景和意义
1.4 本文的研究内容及其结构安排
第二章 永磁无刷直流电机的基本原理
2.1 永磁无刷直流电机的基本结构
2.1.1 电动机的本体
2.1.2 位置传感器
2.1.3 电子换向线路
2.2 永磁无刷直流电机的工作原理
2.3 永磁无刷直流电机的运行特性和基本方程
第三章 永磁无刷直流电机的控制系统仿真
3.1 概述
3.2 滑模变结构控制器
3.2.1 变结构控制概述
3.2.2 变结构控制系统的品质
3.2.3 变结构控制系统的数学模型
3.2.4 变结构控制的特点
3.3 扩张状态观测器
3.4 基于扩张状态观测器的永磁无刷直流电机滑模变结构控制
3.4.1 永磁无刷直流电机数学模型
3.4.2 滑模变结构控制器设计
3.4.3 基于扩张状态观测器的滑模变结构控制系统的设计
第四章 永磁无刷直流电机控制系统的硬件设计
4.1 DSP 与FPGA 功能概述
4.1.1 DSP 简述
4.1.2 FPGA 介绍
4.2 硬件系统设计
4.2.1 硬件系统框架
4.2.2 霍尔位置传感器
4.2.3 光电隔离
4.2.4 驱动电路设计
第五章 仿真结果分析
第六章 结论
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
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