无刷直流电机伺服控制系统的研究与设计

论文摘要

无刷直流电机在克服了有刷直流电机机械换相缺点的同时,又具有结构简单、运行可靠以及调速性能好等优点,在很多领域中得到了广泛的应用。本课题以永磁无刷直流电机（BLDCM）为被控对象,采用模糊PID先进控制理论,设计了基于DSP的无刷直流电机智能控制系统。主要的研究工作如下：第一,在分析了无刷直流电机控制系统的发展现状以及研究背景下,针对无刷直流电机伺服控制系统的性能要求,结合三闭环控制结构的特点,提出了在位置环中采用模糊PID控制算法,内环中的电流环和转速环均采用PI调节器,并做了详细分析。电机旋转角位移的检测利用光电编码器来实现,转子位置的检测则由霍尔传感器实现。第二,在基于MATLAB/Simulink平台上对无刷直流电机控制系统进行了计算机仿真。为了实现电机的换相和电流检测,在搭建的仿真模型中嵌入了M-文件。在三闭环控制结构中,位置调节器采用了先进控制算法——模糊PID控制。通过仿真结果显示,在采用模糊PID控制器下,控制系统的动态性能和静态性能都得到了很大改善。第三,系统的硬件部分设计主要包括主电路、控制电路、驱动电路以及保护电路。采用TI公司的TMS320F2812DSP作为系统的主控芯片,系统的驱动芯片则采用IR2130,系统的速度和位置信息均由光电编码器提供。保护电路中母线电压、电流的检测均由霍尔传感器实现。第四,在控制系统软件设计中,包括主程序和中断子程序。其中电机的控制算法在中断程序中实现。此外设计了包括CAP捕获子程序、母线电流采样子程序、AD转换子程序等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 无刷直流电机的研究热点
• 1.3 模糊控制在运动控制系统中的应用
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 无刷直流电机的数学模型
• 2.1 无刷直流电机的结构及工作原理
• 2.1.1 无刷直流电机的基本结构
• 2.1.2 无刷直流电机的工作过程
• 2.1.3 无刷直流电机的数学模型
• 2.2 无刷直流电机的驱动方式
• 2.3 无刷直流电机的控制策略
• 小结
• 第三章 Fuzzy-PID控制及仿真
• 3.1 模糊控制理论
• 3.1.1 模糊控制的基本思想
• 3.1.2 模糊控制系统的组成
• 3.1.3 模糊控制器的设计
• 3.2 模糊PID控制
• 3.3 基于MATLAB系统建模
• 3.3.1 模糊推理系统的设计
• 3.3.2 模糊PID控制系统建模仿真
• 3.4 仿真结果
• 小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 系统总体结构
• 4.2 主电路设计
• 4.2.1 交流电源、整流滤波
• 4.2.2 逆变桥
• 4.3 基于DSP的控制电路设计
• 4.3.1 TMS320F2812芯片
• 4.3.2 DSP控制电路设计
• 4.4 功率驱动部分设计
• 4.5 保护电路设计
• 小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 主程序设计
• 5.2 中断程序
• 小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附录
• 致谢