论文摘要
目前,随着电力电子技术、控制理论以及实现各种软算法的微处理器技术、检测技术及数字信号处理技术的迅猛发展,电机控制技术也面临着前所未有的机遇与挑战。这些技术和理论逐渐渗透到各种电机的运动控制系统中,大大提高了电力拖动系统的动、静态性能。无刷直流电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又兼有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗及调速性能好的特点,特别是我国的稀土材料为世界第一,为高性能直流无刷电动机的发展创造了得天独厚的条件。本文以永磁方波无刷直流电机（BLDCM）为控制对象,设计了一套基于DSP控制的无刷直流电机实验系统。本文首先介绍了无刷直流电机及其控制技术的发展与现状、无刷直流电机的结构与工作原理及其数学模型,然后论述了无刷直流电机的控制技术和策略,在比较分析各种控制方法的优缺点的基础上,将先进的模糊控制理论运用到传统的PID控制器中,有效地克服了无刷直流电机的非线性、参数时变性、模型不确定性等引起的控制难的问题,它的控制性能明显优于传统的PID控制器。同时借助强大MATLAB/SIMULINK,根据模糊-PID控制器的特点和无刷直流电机的数学模型,构建了模糊-PID控制系统的仿真模型,并进行了仿真验证。在系统的硬件设计中,首先介绍了系统的整体结构,给出了系统总体硬件电路设计方案,包括DSP外围电路、信号调理电路和功率驱动电路等主要电路设计,同时,对位置信号检测电路、母线电流检测电路、及故障逻辑电路进行了设计。对于各种电路之间的密切配合,都是从课题的实际出发,对硬件电路的设计展开了细致的考虑。控制系统的软件设计,包括下位机和上位机的软件设计。下位机主要包括主程序设计和相关的中断服务子程序,并基于模块化结构设计思想绘制了流程框图;在上位机的程序设计中,主要探讨了32位Windows系统中对PC机串行口的打开设置与读/写操作以及读串口后对接收到数据帧的处理,从而实现了利用串口通讯完成上下位机数据及时准确的传输。论文最后对无刷直流电机实验系统进行了调试和测试,根据系统的运行状况,通过实验分析验证了本文提出的模糊-PID控制算法的正确性和可行性,系统设计的正确性,硬件平台的稳定性,软件运行的平稳性,满足设计要求。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题研究的背景及意义1.2 无刷直流电机国内外研究现状1.3 主要研究内容第二章 无刷直流电机的工作原理及控制方法2.1 无刷直流电机的基本结构2.2 无刷直流电机的基本工作原理2.3 永磁无刷直流电机的数学模型2.4 永磁无刷直流电机的调速策略2.4.1 转速、电流双闭环调速系统2.4.2 模糊-PID控制系统2.4.3 控制方案的选择2.5 本章小结第三章 基于MATLAB无刷直流电机控制系统的建模与仿真设计3.1 模糊控制系统与模糊控制器3.1.1 模糊控制3.1.2 模糊控制器的基本结构3.1.3 模糊控制系统的基本结构3.2 模糊-PID控制3.2.1 模糊-PID概述3.2.2 模糊-PID整定原则3.3 无刷直流电机的模糊-PID控制器设计3.3.1 模糊-PID控制器的设计3.3.2 MATLAB环境下模糊-PID控制器的建模3.4 无刷直流电机的模型设计3.4.1 电机电压方程模块3.4.2 运动方程模块3.4.3 转子位置检测模块3.4.4 电机反电动势模块3.4.5 参考电流模块3.4.6 电流滞环控制模块3.4.7 逆变器触发信号模块3.5 仿真结果与分析3.6 本章小结第四章 无刷直流电机实验系统的设计与实现4.1 系统的总体硬件构成4.1.1 DSP控制器介绍4.1.2 TMS320LF2407A DSP简介4.2 系统硬件设计实现4.2.1 电平转换电路设计4.2.2 DSP的外围电路设计4.2.3 六路PWM调理电路设计4.2.4 功率驱动及逆变电路设计4.2.5 位置传感器接口电路设计4.2.6 转速测量4.2.7 电压、电流检测电路设计4.2.8 系统的可靠性和安全性设计4.2.9 串行接口通信电路设计4.3 软件设计4.3.1 DSP的软件开发环境4.3.2 主程序设计4.3.3 系统服务子程序设计4.3.4 换相设计4.4 本章小结第五章 实验系统的上位机软件设计5.1 软件实现功能5.2 C++ Builder 60特点5.3 软件主要功能模块5.3.1 串口通信模块5.3.2 电机控制模块5.4 本章小结第六章 实验结果分析与结论6.1 实验结果与分析6.2 实验结论6.3 本章小结总结与展望附录参考文献致谢攻读硕士学位期间发表的论文学位论文评阅及答辩情况表
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