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基于DSP的直线电机模糊PID控制系统研究与实现

作　者: 邹敏
导　师: 李庆
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 永磁同步直线电机 PID控制算法 模糊算法 DSP
分类号: TM359.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 510次
引　用: 7次
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内容摘要


直线电机因为其特有的性能,现在广泛的应用于各种精密定位场合中。随着定位精度和速度响应的要求越来越高,一方面对直线电机的加工要求越来越严格；另一方面在直线电机加工好后,基本性能已确定,要使直线电机表现出优良的性能,这对控制系统的要求也越来越高。常规PID控制作为最早的控制策略,现在仍然广泛应用于实际的工业控制中。模糊算法是一种最近几十年逐渐发展起来的智能控制策略,随着支持模糊算法的硬件芯片的产生,模糊算法也越来越多的应用于各个领域。然而两种算法仍有不足之处。常规PID控制一般适应于控制对象模型已经建立,并且是线性的情况下,实际上在许多场合,控制对象不是线性的,并且数学模型也不能建立,而且所处的工作环境干扰较多,如果只使用常规PID控制,达不到控制效果。模糊算法是一种非线性控制,能适用于非线性系统中,并且有较好的动态性能和一定的抗干扰能力。但是模糊算法没有固定的分析和建立模型的方法,只能通过专家经验和实际控制过程得到模糊规则,这样导致控制精度不是很高,存在静态误差,不能适用于直线电机的高速高精度控制中。针对上述问题结合本设计的永磁同步直线电机的高速响应要求,本文在研究了PID控制和模糊控制的基础上提出将两种算法相结合构建一个模糊PID控制器用于永磁同步直线电机的速度闭环,同时提出改进型的模糊算法。本文完成了整个直线电机的控制系统的设计,包括硬件平台和软件算法。硬件包括以DSP芯片为核心的控制板和以功率模块IRAMS10UP60B为核心的驱动板。软件算法包括三个闭环：位移闭环,速度闭环和电流闭环。其中位移闭环和电流闭环采用常规PID控制算法,速度闭环采用设计的模糊PID控制算法。在Matlab软件平台上建立直线电机控制系统的仿真模型,通过仿真实验对比分析速度闭环采用两种算法的速度响应曲线,仿真结果表明模糊PID控制比PID控制更适用于本系统。最后在搭建好的硬件平台上对直线电机控制系统进行实验,通过实验发现速度闭环采用模糊PID控制具有超调小,抗干扰能力强,好的动态性能,能够满足电机的定位精度高,速度响应快的要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题来源及研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本文内容安排  11-13
第2章 系统方案及硬件设计  13-21
  2.1 系统需求分析  13
  2.2 直线电机控制系统整体设计  13-14
  2.3 控制系统硬件设计  14-20
    2.3.1 TMS320F2812芯片概述  14-15
    2.3.2 基于DSP芯片的控制电路整体设计  15
    2.3.3 电流检测电路设计  15-16
    2.3.4 位置信号检测电路设计  16-18
    2.3.5 电源电路设计  18
    2.3.6 驱动电路设计  18-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章 模糊PID算法研究  21-41
  3.1 模糊控制理论  21-22
  3.2 模糊PID控制器的结构设计  22-23
  3.3 模糊PID控制器中PID参数的整定算法  23
  3.4 模糊PID控制器中模糊算法的设计  23-31
    3.4.1 模糊化和隶属函数的建立  24-26
    3.4.2 模糊规则的建立和推理算法的设计  26-29
    3.4.3 解模糊算法的设计  29-31
  3.5 直线电机的数学模型  31-32
  3.6 直线电机控制系统仿真模型  32-37
    3.6.1 直线电机Simulink模型  33-35
    3.6.2 直线电机控制系统仿真模型  35-37
  3.7 仿真分析  37-40
  3.8 本章小结  40-41
第4章 控制系统软件设计  41-49
  4.1 软件整体结构  41-42
  4.2 初始化子程序  42-43
  4.3 中断服务子程序  43
  4.4 直线电机位置信号检测和PID调节  43-44
  4.5 速度的计算和模糊PID调节  44-45
  4.6 电流信号计算和PID调节  45
  4.7 PWM波的产生  45-48
  4.8 本章小结  48-49
第5章 控制系统实验结果分析  49-54
  5.1 直线电机完整控制系统  49-51
  5.2 实验分析  51-53
  5.3 本章小结  53-54
第6章 总结与展望  54-56
  6.1 论文工作总结  54
  6.2 前景与展望  54-56
参考文献  56-59
致谢  59-60
攻读硕士期间发表的论文  60

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 直线电机
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