基于ARM的变结构控制器的实现

论文摘要

自从变结构控制理论问世以来，它以其不变性、抗干扰性、较强的鲁棒性与算法简单等特点，引起了国内外专家学者的广泛关注。但是，该控制理论在具有以上优点的同时，也带来了一个难以彻底消除的问题——抖振。抖振可能引起系统能量消耗的增加，控制精度和稳定性降低等一系列问题。因此，削弱系统的抖振是变结构控制理论研究中一个比较重要的方面。本文主要研究的是基于ARM的变结构控制器的实现。论文的工作内容主要有以下几个方面：一、首先对变结构控制理论的定义、基本问题和抖振等主要方面做了分析介绍。针对变结构控制所带来的抖振问题，该文以中国学者高为炳提出的趋近率方法为出发点，采用了将两种典型趋近率相结合的方法来削弱系统的抖振；二、概述了ARM微处理器的优点和在实际中的应用领域，并且对该处理器的一些片上功能、主要的功能模块以及编译工具进行了简要介绍；三、以永磁同步电机为被控对象建立了数学模型，并且根据模型设计了滑模变结构控制器。以ARMS3C2440、功率模块和编码器等为基础搭建了硬件控制平台，并设计了与变结构控制算法、电机转速计算、坐标变换等相应的程序流程。为了验证方法的可行性，本文利用MATLAB/SIMULINK对永磁同步电机控制系统进行了仿真，并且对比了两种趋近率相结合的方法和常规的指数趋近率方法下的滑模控制效果图。结果验证了改进后的滑模控制在削弱抖振和鲁棒性方面要优于常规的指数趋近率下的滑模控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 变结构控制理论的概述
• 1.1.1 变结构控制理论的起源
• 1.1.2 变结构控制理论的发展
• 1.2 变结构控制当前存在的主要问题
• 1.2.1 抖振问题
• 1.2.2 抖振产生的机理
• 1.2.3 目前国内外抑制抖振的主要方法
• 1.3 嵌入式系统的概述
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 滑模变结构控制原理
• 2.1 滑模变结构的定义
• 2.2 滑模变结构控制的基本问题
• 2.2.1 滑动模态的存在性与数学表达
• 2.2.2 滑模变结构控制的可达性
• 2.2.3 滑动变结构控制的稳定性
• 2.2.4 滑模变结构控制的动态品质
• 2.3 滑模变结构控制的基本方法
• 2.4 滑动运动的不变性
• 2.5 等效控制与模态方程的求取
• 2.6 滑模面的设计
• 2.7 滑模变结构控制的抖振问题
• 2.8 本章小结
• 第3章 ARM 处理器的简介
• 3.1 ARM 处理器的概述
• 3.2 ARM 的应用选型
• 3.3 S3C2440 的介绍
• 3.3.1 处理器的运行状态
• 3.3.2 S3C2440 的内设与片上功能
• 3.3.3 S3C2440 的 PWM 定时器
• 3.3.4 时钟和电源管理
• 3.3.5 A/D 转换器
• 3.4 开发环境的建立
• 3.5 本章小结
• 第4章 永磁同步电机的变结构控制
• 4.1 永磁同步电机的结构
• 4.2 永磁同步电机数学模型
• 4.2.1 三相静止坐标系下的数学模型
• 4.2.2 两相静止坐标系下的数学模型
• 4.2.3 旋转坐标系下的数学模型
• 4.2.4 三种坐标系的变换方法
• 4.3 永磁同步电机的矢量控制技术
• 4.4 基于滑模变结构的控制器的设计
• 4.4.1 速度控制器的设计
• 4.4.2 位置控制器设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于 ARM 的控制器平台搭建
• 5.1 硬件设计方案
• 5.1.1 PMSM 矢量控制的主回路环节
• 5.1.2 电流检测电路
• 5.1.3 转速检测电路
• 5.1.4 IPM 的保护电路
• 5.2 控制软件的设计
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 子程序设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 仿真分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢