【摘 要】
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永磁无刷直流电机因效率高、结构简单、可靠性高、散热性好和优秀的综合性能,已在家用电器、汽车电子、工业工程和航空航天等领域中得到了较好的应用。然而,目前绝大多数控制器采用经典PID控制策略,其存在响应慢、有超调、抗干扰能力不足等问题,因此永磁无刷直流电机控制策略的研究依旧是目前的研究热点,越来越多的先进控制方法,如滑模变结构控制、神经网络控制算法等,应用到了控制系统中,在很大程度上克服了控制系统非线
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永磁无刷直流电机因效率高、结构简单、可靠性高、散热性好和优秀的综合性能,已在家用电器、汽车电子、工业工程和航空航天等领域中得到了较好的应用。然而,目前绝大多数控制器采用经典PID控制策略,其存在响应慢、有超调、抗干扰能力不足等问题,因此永磁无刷直流电机控制策略的研究依旧是目前的研究热点,越来越多的先进控制方法,如滑模变结构控制、神经网络控制算法等,应用到了控制系统中,在很大程度上克服了控制系统非线性、时变等因素的影响,弥补了经典控制方法的缺陷。但是,依旧存在诸多问题,如滑模变结构控制的抖振现象,即系统在滑模线两侧做高频的往复运动;又如神经网络控制算法非常复杂,大多在仿真中进行,很难运用到实际控制系统中等等。因此,需要研究新型控制策略加以解决。论文主要工作包括:首先,本文在MATLAB/SIMULINK环境下搭建了永磁无刷直流电机仿真模型,对基于经典PID双闭环控制和自抗扰控制(ADRC)转速环-PID电流环双闭环控制进行了仿真分析。在此基础上,提出了的模糊自抗扰控制(FADRC)策略,该新型控制策略以自抗扰控制为主导,在非线性反馈控制率中融入模糊控制,可有效改善系统控制性能。搭建FADRC转速环-PID电流环双闭环仿真模型,并在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真、对比分析。研究结果表明,模糊自抗扰控制策略可有效简化自抗扰控制器的参数整定问题,并在一定程度上提升系统的动、静态特性。此外,以意法半导体公司的STM32F103RCT6作为主控芯片,进行了永磁无刷直流电机控制系统的硬件设计。硬件系统主要包括基于STM32的控制电路、IR2101S作为驱动芯片的驱动电路、IRF540NS作为功率开关管的逆变电路、电流采样放大电路、电源电路等。对一台实验电机实测了经典PID双闭环控制、ADRC速度环-PID电流环双闭环控制和FADRC速度环-PID电流环双闭环控制下的转速曲线。和仿真结果相比,本文实验结果具有较高的符合度,说明把新型控制器,即模糊自抗扰控制器引入到永磁无刷直流电机驱动系统,代替传统自抗扰控制器可以简化参数整定问题;提高系统动、静态特性,如系统响应更快、运行更平稳、对外扰具有更好的鲁棒性等;是永磁无刷直流电机实际控制工程中较好的控制方案。
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