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基于RBF神经网络的步进电机驱动控制技术研究及FPGA实现

作　者: 刘梦薇
导　师: 潘健
学　校: 湖北工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 步进电机 控制策略 RBF神经网络 FPGA 仿真
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


步进电机的性能不仅与电机本体性能有关,与其驱动器的性能更是密切相关。本文针对现在比较常见的两相混合式步进电机,对其细分驱动进行了研究,提出了一种基于RBF神经网络的步进电机驱动控制策略,利用Matlab仿真工具对步进电机PID控制器进行仿真实验,并设计了基于FPGA的步进电机细分驱动器。具体内容包括：(1)介绍了步进电机的发展现状及步进电机的控制方式,同时分析了步进电机系统驱动器的常见问题,阐述步进电机驱动研究的重要意义。(2)从两相混合式步进电机入手,对步进电机的结构和工作原理进行了介绍,并详细分析了步进电机的几种驱动方式,重点介绍了步进电机的细分驱动原理。(3)探讨了一种基于RBF网络整定的步进电机PID控制器,利用Matlab对其进行了仿真,并与传统PID控制的步进电机控制器仿真进行了对比分析。(4)提出了步进电动机细分驱动控制器的总体方案,以FPGA为核心控制器件,给出了细分驱动控制器的硬件框图。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 步进电机发展及应用  9-11
  1.2 步进电机的控制方式  11-14
    1.2.1 开环控制  11-12
    1.2.2 闭环控制系统  12
    1.2.3 矢量控制  12-13
    1.2.4 智能控制  13-14
  1.3 课题的提出及研究意义  14
  1.4 本文的主要工作  14-16
第2章 两相混合式步进电机的结构和工作原理  16-26
  2.1 引言  16-17
  2.2 两相混合式步进电机结构和工作原理  17-20
    2.2.1 两相混合式步进电机的结构  17-18
    2.2.2 两相混合式步进电机的工作原理  18
    2.2.3 两相步进电机的绕组通电方式  18-20
  2.3 混合式步进电机的运行特性  20-24
    2.3.1 静态运行特性  20-22
    2.3.2 步进运行特性  22-23
    2.3.3 连续运转状态  23-24
  2.4 两相混合式步进电机的数学模型  24-25
  2.5 小结  25-26
第3章 步进电动机驱动技术研究  26-32
  3.1 步进电机驱动系统的组成  26
  3.2 步进电机的驱动方式  26-29
    3.2.1 单电压驱动方式  27
    3.2.2 高低压驱动方式  27-28
    3.2.3 调频调压驱动方式  28
    3.2.4 恒流斩波驱动方式  28-29
    3.2.5 细分驱动方式  29
  3.3 步进电动机的细分驱动原理  29-31
  3.4 小结  31-32
第4章 基于RBF网络的步进电动机PID控制系统  32-42
  4.1 智能控制理论  32-34
    4.1.1 智能控制的发展  32-33
    4.1.2 智能控制的重要分支  33-34
  4.2 神经网络  34-36
    4.2.1 单神经元结构  34-36
    4.2.2 神经网络结构  36
    4.2.3 神经网络学习算法  36
  4.3 基于RBF神经网络整定的步进电动机PID控制器  36-41
    4.3.1 PID控制原理  37-38
    4.3.2 基于RBF神经网络整定的PID控制系统结构  38-39
    4.3.3 RBF神经网络辨识器  39-40
    4.3.4 控制器学习算法  40-41
  4.4 小结  41-42
第5章 MATLAB仿真分析  42-47
  5.1 引言  42
  5.2 PID参数整定的基本方法  42-43
  5.3 基于RBF神经网络PID控制器参数整定原理  43-44
  5.4 两种控制算法的比较  44-46
  5.5 小结  46-47
第6章 步进电动机细分控制系统设计  47-56
  6.1 步进电动机细分控制器总体设计  47-49
  6.2 步进电动机细分控制器的硬件平台构建  49-54
    6.2.1 Nios Ⅱ处理器软核  49-50
    6.2.2 细分等级设定模块设计  50-51
    6.2.3 ROM(Read-Only Memory)模块设计  51
    6.2.4 D/A转换模块  51-52
    6.2.5 PWM控制器电路设计  52-53
    6.2.6 H桥模块  53-54
  6.3 细分控制器软件设计  54-55
  6.4 小结  55-56
第7章 总结  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
附录 攻读学位期间发表的学术论文  61

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 微电机 > 控制用微电机 > 步进式微电机
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