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无刷直流电动机同时具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便和有刷直流电动机的运行效率高的优点,因而在许多行业和领域得到了广泛应用。
为有效地克服由无刷直流电动机的非线性、参数时变性、模型不确定性等引起的控制困难的问题。本文在深入研究了无刷直流电动机的工作原理的基础上,提出了利用在线自整定模糊PID控制器改善无刷直流电动机调速系统性能设计的方法。该方法采用以误差和误差变化率为输入的二维模糊控制器,模糊控制器的输出经过整定因子整定PID控制器的三个参数K<,p>,K<,i>和K<,d>。由于控制系统采用数字式模糊PID算法,需要大量数据处理,对系统处理器要求较高,采用数字信号处理器 DSP 为该算法的实现提供了硬件基础。
本文针对无机械式位置传感器的特点,无刷直流电动机转子位置的检测采用反电动势过零点检测方法。本文设计了转速和电流双闭环调速控制系统,对系统模糊控制器设计进行了详细的介绍,给出了应用于本系统的模糊查询表格。利用MATLAB仿真软件对本控制系统设计进行了模拟仿真,仿真的结果表明采用在线自整定模糊PID算法,系统响应迅速,超调小,消除了稳态误差。
在所设计的控制方案和控制算法的基础上,对控制系统的软、硬件进行了设计。采用德州仪器公司的电机专用的数字信号处理器TMS320LF2407A为核心进行系统设计,充分利用了其强大的片上资源优势以及高速数据处理能力,简化了硬件电路的设计,保证了系统的稳定性。软件部分采用模块化设计思想,编制了各个模块的流程图。
在软件部分和硬件部分调试通过后,进行了系统控制实验,实验结果表明:采用在线自整定模糊PID控制算法能很好的改善无刷直流电动机控制系统的性能。