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基于DSP的永磁无刷直流电机模糊控制系统的研究与实现

作　者: 刘鼎
导　师: 欧阳红林
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 永磁无刷直流电机模糊控制 PI控制电动拉铆枪
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 301次
引　用: 2次
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内容摘要

永磁无刷直流电机是近年来迅速发展起来的一种新型电机,它通过功率开关管实现电子换相以代替传统的机械换相,具有大转矩、高效率、体积小、重量轻等优点。随着电力电子技术的快速发展以及新型永磁材料的出现,永磁无刷直流电机在便捷式电动工具领域具有广阔的应用前景。因此,对其控制系统的研究具有重要的理论和工程实际意义。本文首先介绍了永磁无刷直流电机的发展概况,比较了永磁无刷直流电机控制系统与其它电机控制系统的优缺点,并对永磁无刷直流电机控制系统的研究现状进行概述。然后论文从研究永磁无刷直流电机的结构出发,详细论述了其工作原理,推导了它的数学模型,并以此为基础分析了永磁无刷直流电机的运行特性。其次介绍了永磁无刷直流电机控制系统的传统控制策略,分析了PI控制存在的不足,结合便捷式电动拉铆枪实际工况要求提出了一种权值自调整的模糊PI控制策略,并对其控制系统进行仿真。仿真结果表明,该系统具有良好的速度动态响应特性和抗干扰能力,能够满足便捷式电动拉铆枪的实际要求。接着,本文给出了以dsPIC30F3010作为主控芯片的控制系统软硬件设计。其中硬件设计包括主控制芯片dsPIC30F3010及其外围电路、主电路、功率模块驱动电路、电流检测及其保护信号检测电路、位置信号检测电路和电源模块电路,并对系统的主电路和控制电路进行了电磁兼容设计。在系统软件设计中,本文主要介绍了控制系统的主要软件流程图,包括系统主程序流程图、CN捕获中断流程图和AD中断流程图。最后,对系统进行了软硬件调试,实验结果表明本文提出的基于DSP的权值自调整模糊PI控制系统运行良好,性能稳定,达到了预期的目标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 永磁无刷直流电机发展概况  10-11
  1.3 永磁无刷直流电机控制系统的研究现状  11-13
    1.3.1 无位置传感器控制  11-12
    1.3.2 直接转矩控制  12
    1.3.3 智能控制  12-13
  1.4 主要研究内容  13-15
第2章永磁无刷直流电机的基本原理和数学模型  15-26
  2.1 永磁无刷直流电机的本体结构  15-16
  2.2 永磁无刷直流电机的工作原理  16-19
  2.3 永磁无刷直流电机的数学模型  19-22
  2.4 永磁无刷直流电机的运行特性  22-26
    2.4.1 启动特性  22-23
    2.4.2 工作特性  23-24
    2.4.3 机械特性和调速特性  24-26
第3章永磁无刷直流电机模糊PI控制  26-38
  3.1 引言  26-27
  3.2 模糊控制的基本理论  27-31
    3.2.1 模糊控制发展概况  27
    3.2.2 模糊控制的基本原理  27-28
    3.2.3 模糊控制器  28-29
    3.2.4 模糊控制器的结构  29-30
    3.2.5 模糊控制器的一般设计方法  30-31
  3.3 权值自调整模糊PI控制器设计及系统仿真  31-37
    3.3.1 模糊控制器设计  31-33
    3.3.2 权值自调整模糊控制器  33-34
    3.3.3 仿真结果及分析  34-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章永磁无刷直流电机控制系统的硬件电路设计  38-52
  4.1 控制系统硬件总体结构  38
  4.2 主控制芯片及其外围电路  38-40
    4.2.1 主控制芯片概述  38-39
    4.2.2 外围电路设计  39-40
  4.3 主电路设计  40-42
  4.4 驱动电路设计  42-45
    4.4.1 驱动芯片IR2133简介  42-43
    4.4.2 驱动电路设计  43-45
  4.5 电流检测及保护信号检测电路  45-48
    4.5.1 电流检测电路  45-47
    4.5.2 保护信号检测电路  47-48
  4.6 位置信号的检测  48
  4.7 电源模块  48-49
  4.8 永磁无刷直流电机控制系统电磁兼容设计  49-51
    4.8.1 主电路电磁兼容设计  49-50
    4.8.2 控制电路电磁兼容设计  50-51
  4.9 本章小结  51-52
第5章控制系统软件设计及实验结果  52-60
  5.1 系统软件的总体结构  52
  5.2 控制系统软件设计  52-57
    5.2.1 位置检测和速度计算  52-54
    5.2.2 控制系统软件流程  54-57
  5.3 实验结果  57-59
  5.4 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
附录A 攻读硕士期间发表的论文目录  66

基于DSP的永磁无刷直流电机模糊控制系统的研究与实现

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