无刷直流电动机的模型辨识方法研究与调速控制

论文摘要

无刷直流电动机(BLDCM)的应用领域越来越广阔,对于无刷直流电动机的研究也是比较成熟的,本课题的研究目的在于为无刷直流电动机验证一种简单的系统辨识的方法。本文通过实验测量了无刷直流电动机的霍尔(Hall)信号和反电动势信号,利用阶跃激励辨识系统的模型,进行了PID控制器设计的仿真,并且对电机进行了实验,验证了PID控制器的可行性。本文主要的研究内容包括以下几个方面:(1)根据BLDCM的有位置信号和无位置信号的规律,分析出换相逻辑的确定方法,给出了在这两种控制方法下的转速调节控制流程图。通过对BLDCM的反电动势采样电路设计,避免了软件反电动势梯形波过零点的检测,而且通过过流保护等电路的设计实现了对BLDCM的各种保护。(2)采用了阶跃激励的方法,辨识出BLDCM的模型,避免了对BLDCM自感、互感、阻尼系数、转动惯量等参数的测量,只需根据电机的传递函数即可设计PID控制器。(3)利用所求得的电机传递函数,在Matlab的Simulink中进行增量式PID控制器设计,确定PID参数,并利用确定的PID控制参数对电机进行控制,这样做可以减少PID参数调节的周期。(4)为了解决工作环境或系统模型变化时PID参数不能自修正的问题,在PID的基础上采用了一种改进的单神经元自适应控制方法,并在Matlab中进行了仿真。本文的系统仿真与实验结果表明BLDCM辨识的模型与设计的PID控制器具有良好的可行性与适用性,为无刷直流电动机的系统辨识提供了实验基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 无刷直流电动机的背景及国内外研究现状
• 1.2.2 系统辨识与自适应控制介绍
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 无刷直流电动机的基本控制
• 2.1 引言
• 2.2 无刷直流电动机的原理
• 2.2.1 无刷直流电动机的基本组成
• 2.2.2 无刷直流电动机的工作原理
• 2.2.3 无刷直流电动机的运行特性
• 2.3 无刷直流电动机的有位置控制
• 2.3.1 无刷直流电动机的位置信号检测
• 2.3.2 无刷直流电动机的有位置控制
• 2.3.3 无刷直流电动机的有位置调速控制
• 2.4 无刷直流电动机的无位置控制
• 2.4.1 无刷直流电动机无位置控制原理
• 2.4.2 无刷直流电动机反电动势信号的检测
• 2.4.3 无刷直流电动机的无位置控制
• 2.4.4 无刷直流电动机的无位置调速控制
• 2.5 无刷直流电动机与永磁同步电动机的区别
• 2.6 本章小结
• 第3章 无刷直流电动机的控制系统结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 无刷直流电动机的控制结构
• 3.2.1 无刷直流电动机的控制系统结构
• 3.2.2 欠压保护电路
• 3.2.3 过流保护电路
• 3.2.4 反电动势产生电路
• 3.3 无刷直流电动机的功率结构设计
• 3.3.1 电源EMI滤波电路
• 3.3.2 快速制动能量泄放电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 无刷直流电动机的模型辨识
• 4.1 引言
• 4.2 无刷直流电动机的数学模型
• 4.3 无刷直流电动机转速的求取方法
• 4.3.1 硬件设计
• 4.3.2 软件设计
• 4.4 插值与曲线拟合
• 4.4.1 插值分析
• 4.4.2 单位阶跃响应的曲线拟合
• 4.4.3 传统方法求取传递函数
• 4.5 本章小结
• 第5章 无刷直流电动机PID控制器的设计
• 5.1 引言
• 5.2 PID控制器设计
• 5.2.1 PID控制原理介绍
• 5.2.2 PID控制器设计
• 5.2.3 PID控制器的验证仿真
• 5.3 单神经元自适应控制仿真
• 5.3.1 单神经元自适应控制原理介绍
• 5.3.2 改进的单神经元自适应控制仿真
• 5.4 PID控制器的实验结果
• 5.4.1 电流波形分析
• 5.4.2 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢