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无刷直流电机柔性变结构控制系统的研究

作　者: 赵维
导　师: 黄勤
学　校: 重庆大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 柔性变结构控制 无刷直流电机 建模仿真 控制试验
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


无刷直流电机控制是当今电机控制领域的一个研究热点, PID控制难以满足电机控制快、准、稳的性能要求;传统的滑模变结构控制虽然鲁棒性较好,但是不能有效消除抖振;柔性变结构控制作为变结构控制的一个新的理论分支,能获得几乎与时间最优化控制器相同的特性,不仅具有传统滑模的鲁棒性,且排除了滑动模态,因此能够消除抖振。本文将柔性变结构控制理论应用到无刷直流电机的速度控制系统。论文研究了柔性变结构控制的基本概念、性质和基本原理,重点研究了目前存在的两种柔性变结构控制方法:变饱和柔性变结构控制和动态柔性变结构控制,并根据控制系统的李雅普诺夫稳定性,设计了仿真程序验证了两种柔性变结构控制的快速响应和消除抖振等特性。将无刷直流电机的数学模型转换为可控的电流控制的系统状态方程,并在MATLAB平台上搭建了基于柔性变结构控制的双闭环控制系统。设计了柔性变结构速度控制、电流滞环、电压逆变器、无刷直流电机本体等模块。为了克服电机速度的超调过大和精度不高等问题,将控制系统中的电流滞环控制替换成PI控制,设计为外环为柔性变结构速度控制,内环为电流PI控制的双闭环系统,并与速度控制基于滑模变结构控制和PID控制的双闭环控制系统进行对比仿真。论文设计了无刷直流电机速度控制系统的硬件平台,制作了包括功率驱动试验板和核心板。硬件电路平台包括微控制器部分、功率驱动及逆变电路部分、检测电路部分、电源电路部分以及其他接口单元。通过软件编程实现了转子位置捕获、电流采样、速度计算、电流调节、速度调节等,并在控制系统中将两种柔性变结构控制做了对比试验。实验结果表明对于无刷直流电机调速系统而言,动态的柔性变结构控制具有响应速度快的特点,而变饱和的柔性变结构的优点是稳态精度比较高。根据实验结果使柔性变结构控制理论在高性能的伺服驱动领域具有更广阔的应用前景。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题的背景  8-11
    1.1.1 问题的提出  8-9
    1.1.2 柔性变结构理论的发展概况  9-11
  1.2 课题研究的意义  11
  1.3 本文的主要研究内容  11-12
  1.4 本章小结  12-13
2 柔性变结构控制理论分析  13-27
  2.1 柔性变结构控制理论简介  13-14
  2.2 两种柔性变结构控制  14-23
    2.2.1 变饱和柔性变结构控制  15-19
    2.2.2 动态柔性变结构控制  19-23
  2.3 仿真实例  23-26
    2.3.1 滑模变结构控制仿真  23-25
    2.3.2 动态柔性变结构控制仿真结果  25-26
    2.3.3 小结  26
  2.4 本章小结  26-27
3 无刷直流电机的柔性变结构控制  27-45
  3.1 无刷直流电机的数学模型  27-30
  3.2 无刷直流电机控制系统仿真  30-37
    3.2.1 无刷直流电机仿真系统设计  30-31
    3.2.2 柔性变结构控制器模块设计  31-33
    3.2.3 参考电流模块  33-34
    3.2.4 电机本体模块  34-35
    3.2.5 无刷直流电机控制系统中的其他模块  35-36
    3.2.6 仿真实验  36-37
  3.3 双闭环仿真控制系统  37-39
  3.4 仿真试验及结果分析  39-43
  3.5 本章小结  43-45
4 无刷直流电机柔性变结构控制系统设计  45-54
  4.1 系统总体构成  45-46
  4.2 控制系统硬件设计  46-48
    4.2.1 控制器电路设计  46
    4.2.2 功率驱动电路和逆变电路的设计  46-47
    4.2.3 电流检测电路设计  47-48
    4.2.4 电源电路设计  48
  4.3 控制系统软件设计  48-51
    4.3.1 控制系统软件主程序设计  48-49
    4.3.2 初始化模块设计  49-50
    4.3.3 中断服务子程序模块设计  50-51
  4.4 对比试验及结果分析  51-53
  4.5 本章小结  53-54
5 结论与展望  54-55
  5.1 结论  54
  5.2 展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-59
附录  59-62
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  59
  B. 参考电流S 函数程序  59-60
  C. 反电动势 S 函数程序  60-61
  D. 硬件试验板  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 直流电机
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