基于自适应模糊算法的无刷直流电机控制器设计与开发

无刷直流电机以电子换相取代了有刷直流电机的机械换相,解决了电刷带来的种种问题,具有结构简单,运行可靠,调速性能好的优点,在各行各业中都得到了广泛的应用。目前,很多专家学者都在对无刷直流电机的控制进行研究,以期能让无刷直流电机的优势发挥更加充分。研究人员在电机的控制算法方面采用的策略有模糊控制,自适应控制,神经网络控制等。 模糊控制是以模糊集合论,模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数学控制,属于非线性控制的一种。模糊控制正成为智能控制的一种重要而又有效的形式,它和神经网络控制,遗传算法理论,自适应控制理论等学科相融合,正在显示出巨大的力量。鉴于模糊控制在现代控制中体现出的优越性,本文以模糊算法为主体,融合自适应控制理论,得到了自适应模糊算法;然后设计了以DSP为核心的无刷直流电机驱动控制器,把自适应模糊算法应用到电机的实际控制中,期待电机能体现出较好的静态和动态特性。 首先,本文对无刷直流电机的发展状况,国内外研究现状进行了介绍。为了对无刷直流电机的控制能有清楚的认识,还详细说明了其工作原理,并给出了电机数学模型。由于本文将主要使用模糊算法对电机进行控制,因此也对模糊控制进...
第一章 绪论 11-18
    1.1 无刷直流电机概述 11-13
    1.2 技术发展对无刷直流电机应用的推动 13-14
        1.2.1 电力电子技术发展对无刷直流电机应用的推动 13
        1.2.2 嵌入式技术发展对无刷直流电机应用的推动 13-14
    1.3 无刷直流电机的国内外研究现状 14-16
        1.3.1 电机转子位置的检测 15
        1.3.2 电机控制算法的选择 15-16
    1.4 本课题的研究内容与意义 16-18
        1.4.1 本课题的研究内容 16
        1.4.2 本课题的研究意义 16-18
第二章 无刷直流电机的工作原理和数学模型 18-25
    2.1 无刷直流电机的基本结构与工作原理 18-21
        2.1.1 无刷直流电机的组成 18-19
        2.1.2 无刷直流电机的工作原理和换向过程 19-21
    2.2 无刷直流电机的数学模型 21-25
        2.2.1 无刷直流电机的电学与力学特性 21-22
        2.2.2 无刷直流电机的传递函数 22-25
第三章 模糊控制的基本概念和理论 25-38
    3.1 模糊控制的基本理论 25-28
        3.1.1 模糊控制的基本原理 25-27
        3.1.2 模糊控制器设计的基本步骤 27-28
        3.1.3 模糊控制器的研究现状 28
    3.2 无刷直流电机控制中的简单模糊控制器 28-34
    3.3 自适应模糊控制器 34-38
        3.2.1 自适应控制的基本理论 34
        3.2.2 自适应模糊控制器的结构 34-35
        3.2.3 自适应模糊控制器的设计 35-38
第四章 基于 dSPACE/Simulink 模糊控制器的仿真与设计 38-53
    4.1 半实物仿真系统 dSPACE 概述 38-39
    4.2 dSPACE/Simulink 下的系统建模方法 39-40
    4.3 使用 dSPACE/Simulink 对自适应模糊控制器仿真 40-49
        4.3.1 控制系统的设计思想 40-41
        4.3.2 系统整体的模块 41-42
        4.3.3 BLDCM 系统整体控制框图 42-44
        4.3.4 PWM 安全控制模块的仿真 44-45
        4.3.5 换相逻辑模块的仿真 45
        4.3.6 电机速度计算模块的仿真 45-47
        4.3.7 模糊自适应算法的仿真 47-49
    4.4 dSPACE 中的仿真结果 49-53
        4.4.1 仿真结果 49-52
        4.4.2 仿真结论 52-53
第五章 控制系统的硬件和软件设计 53-71
    5.1 系统主要芯片概述 53-55
        5.1.1 主控芯片dsPIC30F 53-54
        5.1.2 逆变器件IPM 54-55
    5.2 无刷直流电机控制系统的硬件设计 55-60
        5.2.1 系统硬件结构框图 55-56
        5.2.2 功率逆变电路及其驱动电路的设计 56-58
        5.2.3 霍尔位置传感器的相位检测 58-59
        5.2.4 电源系统的设计 59
        5.2.5 光电编码盘的使用 59-60
    5.3 无刷直流电机控制系统的软件设计 60-64
        5.3.1 主程序流程图 60-61
        5.3.2 软件系统中断程序 61-63
        5.3.3 电机速度的检测与控制算法的执行 63
        5.3.4 电机换相在软件中的实现 63-64
    5.4 自适应模糊算法在软件中的实现 64-68
        5.4.1 自调整因子α的计算 65
        5.4.2 输入变量论域与量化因子的选择 65
        5.4.3 输入变量模糊化的实现 65-67
        5.4.4 模糊推理规则的选择 67
        5.4.5 输出变量去模糊化的实现 67-68
    5.5 实际测量数据 68-71
        5.5.1 霍尔位置信号 68
        5.5.2 PWM 信号 68-71
第六章 控制算法的对比 71-76
    6.1 电机启动阶段算法比较 71-73
    6.2 负载突变阶段算法比较 73-75
    6.3 算法比较的结论 75-76
第七章 全文总结和展望 76-78
    7.1 全文总结 76-77
    7.2 前景和展望 77-78
参考文献