自適應無刷直流電機伺服控制系統(tǒng)研究與實現
發(fā)布時間:2021-03-27 02:44
隨著工業(yè)技術的發(fā)展,制造業(yè)的規(guī)�;a需求越來越高,穩(wěn)定、快速與高效成為工業(yè)制造設備技術發(fā)展的趨勢,伺服機構作為工業(yè)設備控制系統(tǒng)的核心,已成為控制領域的研究熱點之一。無刷直流電機作為伺服機構的成員之一,其融合了交流伺服與直流電機的優(yōu)點,逐步成為伺服系統(tǒng)的最佳控制對象。本文針對電機伺服系統(tǒng)的自適應控制要求,設計了一款基于STM32F103的無刷直流電機伺服控制器。本文首先從研究無刷直流電機的結構出發(fā),根據其工作原理,推導出三相星形接法的無刷直流電機數學模型,并以此為基礎分析了無刷直流電機的運動特性。其次,本文分析了控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)調速方法,并基于不同的控制策略對無刷直流電機的參數自適應控制方法進行了研究。結合無刷直流電機控制系統(tǒng)設計要求,提出了一種基于模糊算法的自適應PID控制策略,并對其控制系統(tǒng)進行仿真。對比傳統(tǒng)PID控制的性能,基于模糊自適應PID控制的無刷直流電機伺服控制系統(tǒng)具有更好的速度動態(tài)響應特征和抗干擾能力。接著,本文以STM32F103主控芯片為核心,對整個控制系統(tǒng)的硬件電路進行設計,硬件電路部分主要包括STM32F103芯片外圍電路、IR2104驅動電路、電源供應電路、電流采樣電路以及通信接口電路,并對部分電路的功能做了分析和闡述。最后,以伺服控制系統(tǒng)硬件電路設計為基礎,在Keil uVision5環(huán)境下開發(fā)了系統(tǒng)控制C程序軟件;隨后,搭建了無刷直流電機控制系統(tǒng)實驗平臺,并通過串口對控制系統(tǒng)進行調試測驗,試驗結果表明,本文所設計的基于模糊自適應PID的無刷直流電機伺服控制系統(tǒng)的具有良好的自適應調節(jié)能力。
【學位授予單位】:電子科技大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2014
【分類號】:TM33
本文編號:2388449
【學位授予單位】:電子科技大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2014
【分類號】:TM33
文章目錄
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 引言
1.2 國內外伺服控制系統(tǒng)研究現狀與發(fā)展趨勢
1.2.1 伺服控制系統(tǒng)研究現狀
1.2.2 伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
1.3 論文研究目的及意義
1.4 論文工作概要
第二章 無刷直流電機原理和數學模型
2.1 無刷直流電機系統(tǒng)結構
2.1.1 電機本體
2.1.2 轉子位置傳感器
2.1.3 功率開關電路
2.2 無刷直流電機的工作原理
2.3 無刷直流電機的數學模型
2.4 無刷直流電機運動特性
2.4.1 啟動特性
2.4.2 電機工作特性
2.4.3 電機機械特性與調速特性
2.5 本章小結
第三章 無刷直流電機自適應控制方法研究
3.1 無刷直流電機雙閉環(huán)調速設計原理
3.2 常規(guī)PID控制器設計
3.2.1 PID調速原理
3.2.2 數字PID控制
3.2.3 基于PID控制器的BLDCM仿真
3.3 模糊自適應PID控制器設計
3.3.1 模糊控制概述
3.3.2 模糊自適應PID控制理論
3.3.3 模糊自適應PID控制建立
3.3.3.1 動態(tài)信號定義
3.3.3.2 確立量變因子和比例因子
3.3.3.3 成員函數
3.3.3.4 制定模糊控制器的控制規(guī)則表
3.3.3.5 去模糊化處理
3.3.4 基于模糊PID控制器仿真與分析
3.4 本章小結
第四章 無刷直流電機控制系統(tǒng)硬件電路設計
4.1 硬件電路總體結構
4.2 主控芯片及其外圍電路
4.2.1 STM32F103微處理器簡介
4.2.2 主控芯片電路設計
4.2.3 復位電路
4.2.4 光耦隔離保護電路
4.2.5 JTAG調試接
4.3 控制系統(tǒng)驅動模塊電路設計
4.3.1 電機驅動電路設計
4.3.2 開關管電路設計
4.4 電源供應電路
4.5 電流檢測與過流保護電路
4.6 通信接.電路
4.7 本章小結
第五章 控制系統(tǒng)軟件設計及實驗結果
5.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介
5.2 系統(tǒng)軟件總體設計
5.2.1 系統(tǒng)主程序結構
5.2.2 中斷服務程序
5.2.3 霍爾傳感器換向控制
5.2.4 電流環(huán)程序實現
5.2.5 速度環(huán)程序實現
5.3 實驗結果
5.4 本章小結
第六章 總結與展望
致謝
參考文獻
【參考文獻】
相關期刊論文 前3條
1 羅文廣,孔峰;基于模糊控制的直流無刷電機調速系統(tǒng)[J];電子產品世界;2001年01期
2 戚鵬;景占榮;羊彥;薛晶;;基于模糊PID控制的永磁無刷直流電動機調速系統(tǒng)研究[J];微電機(伺服技術);2006年07期
3 謝世杰,陳生潭,樓順天;數字PID算法在無刷直流電機控制器中的應用[J];現代電子技術;2004年02期
本文編號:2388449
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