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无刷直流电机在各领域中发挥越来越重要的作用,对其控制的精确性也就有更高的要求。环境温度、内部非线性和换相电流波动等因素严重时,会对无刷直流电机系统运行中精确的位置控制、转矩抑制和高性能的速度控制产生较大影响。本文正是基于这样的背景,对无刷直流电机控制系统进行深入的研究,针对无刷直流电机的调速控制和换相时转矩波动提出相应的控制策略。
本文简介了无刷直流电机的工作原理和电机本体结构,建立其数学模型及构建相应的仿真模型,采用无传感器技术获取电机换相信号。由于传统PID控制的P、I、D三个参数不具有可调性,本文采用基于模糊控制技术的PID调速控制—一建立一种结构简单、鲁棒性强和高精度的模糊控制算法。设置论域区间上的输入伸缩因子,判断误差和误差变化率的划分,对模糊控制中的量化因子进行调节。输出伸缩因子由输入伸缩因子决定,比例因子值由输出伸缩因子来调节。通过仿真验证,在无刷直流电机调速控制中,该模糊控制算法对转速的控制响应快,稳定性好,控制精度高。
在基于模糊控制的PID调速基础上,本文对电机换相时转矩波动进行研究。在换相时,由于绕组线圈的影响,电流不是理想的矩形波,造成非换相相电流有波动,进而引起转矩波动。采用提前换相方法,在提前换相角内电机三相均导通,对非换相相进行电流补偿,抑制转矩波动。在MATLAB7.1/SIMULINK工具下搭建无刷直流电机的控制系统仿真模型,并进行实验仿真。仿真结果验证了该方法的可行性,系统具有良好的动、静态特性和跟踪性能,这为实际电机控制系统的设计和调试提供了有利依据。
最后建立以DSP为控制核心的控制系统,在此基础上拓展了模糊控制PID算法和提前换相方法。针对此系统进行了硬件设计和软件设计。在硬件设计上,先对整个电路进行概括,然后对保护电路,电流采样电路以及驱动电路进行了具体设计;在软件设计上,设计了基于DSP的主程序流程,初始化系统程序流程,中断子程序流程,逆变器换相程序流程和模糊控制算法程序流程。