高性能永磁无刷直流电机调速系统的研究

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无刷直流电机(BLDCM)也称方波同步电机,保持了直流电机的优良特性,采用了电子换向替代机械换向,解决了传统直流电机因机械换向带来的电火花、噪音、干扰及使用寿命短等问题。因而在可靠性、经济性、快速性以及效率等方面占有明显优势,因此,广泛应用于高精度的控制系统中。本文主要对无刷直流电机调速系统的控制策略进行研究。目前,无刷直流电机调速系统一般采用双闭环调速,采用传统PID控制策略。然而传统PID控制要求对控制器参数进行严格的整定,当被控对象参数发生变化时,控制器参数不能随着被控对象的变化而做出相应的调整。无刷直流电机系统就是一个多变量、强耦合、非线性、时变的复杂系统。因此,在一些高精度、高性能的应用场合,单一的PID控制策略已不能达到理想的控制效果。近年来,一些智能控制为解决上述问题提供了新的思路,其中模糊控制就以控制算法简单、对数学模型依赖性弱、便于实时控制、鲁棒性强、参数可在线自整定等特点迅速发展起来。本文针对无刷直流电机高精度控制策略为主题开展探索,设计一个高性能的无刷直流电机双闭环调速系统,以期提高系统的动、静态性能。首先,分析了无刷直流电机的组成结构、工作原理、数学模型及调速方式。其次,在传统PID控制基础上,结合模糊控制,设计一个能够在线参数自整定的模糊自适应PID集成控制器,并提出一种优化模糊算子的优化算法,解决传统PID控制精度低的问题。第三,在仿真环境MATLAB/Simlink下搭建以模糊自适应PID为速度环控制器、以传统PI控制为电流环控制器的双闭环调速系统,并与传统PID控制效果进行仿真对比。仿真结果表明:在模糊自适应PID集成控制策略下,系统具有较强的鲁棒性和自适应性,能够改善电机调速系统的动、静态特性。最后,提出一种算法简单、精度高、响应快的全维观测器去跟踪观测速度的变化情况。最后,以美国Microchip公司推出的一款专门用于伺服控制系统的增强型16位闪存数字信号处理器dsPIC30F4011作为主控芯片,进行了无刷直流电机驱动控制器的软、硬件设计。
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