基于DSP的无刷直流电动机控制系统研究6351

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北京信息科技大学

硕士学位论文

基于DSP的无刷直流电动机控制系统研究

姓名：陈昊

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：厉虹

20081208

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摘要

摘要

无刷直流电动机（ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔＭｏｔｏｒＢＬＤＣＭ）是随着电机控制技术、电力电子技术、微电子技术的发展和新型永磁材料的进步而出现的一种新型电机，既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具有直流电动机运行效率高、调速性能好等诸多特点，在工业控制和家用电器等诸多领域中得到了广泛应用。

本文主要研究无刷直流电机速度控制问题。在分析无刷直流电机数学模型的基础上，运用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对无刷直流电机控制系统进行仿真建模。系统采用双闭环控制策略：速度环采用ＰＩＤ控制，电流环采用滞环控制。

无刷直流电机是多变量非线性受控对象，传统控制方法难以对其精确控制。近年来模糊控制理论在无刷直流电机控制中被应用，控制系统性能得到提高。但是在模糊控制规则优化和参数在线调整方面还存在许多不足。针对这些不足，文中提出了基于粒子群算法的模糊控制策略，对模糊控制器参数进行优化，并进行了ＰＩＤ控制、模糊控制、基于粒子群算法模糊控制的调速系统实验，对各种方法下的系统响应性能进行比较和分析。仿真实验验证了所提算法的有效性，系统较好地实现了给定速度参考模型的自适应跟踪，具有控制灵活、适应性强等优点，同时又具有较高的控制精度和较好的鲁棒性。

在以ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＤＳＰ芯片为核心的系统硬件装置上，采用Ｃ语言编写了应用程序，实现了论文中提出的控制方法，并与仿真实验结果比较，实验了预期的调速效果，并利用ＳＣＩ模块实现了上下位机的串行通信。关键词：无刷直流电动机：模糊控制；粒子群算法；数字信号处理器；串行通信

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ＡＢＳＴＲＡＣＴ

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ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ（ＢＬＤＣＭ）ｉｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｍｏｔｏｒｗｈｉｃｈｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｎｂａｓｅｏｆＤＣｍｏｔｏｒｄｕｅｔｏｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄｔｈｅａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｎｅｗｔｙｐｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍａｔｅｒｉａｌｓ．ＢｅｃａｕｓｅｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆｍｏｔｏｒｎｏｔｏｎｌｙｈａｖｅｔｈｅｍｅｒｉｔｏｆｔｈｅＡＣｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｏｔｏｒｆｏｒｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｅａｓｙｕｐｈｏｌｄｉｎｇｂｕｔａｌｓｏｈａｖｅｔｈｅｍｅｒｉｔｏｆｔｈｅＤＣｍｏｔｏｒｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｅａｓｙｃｏｎｔｒ０１．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｈｏｍｅａｐｐｌｉａｎｃｅｓｒｅｃｅｎｔｌｙ．

ｃｏｎｔｒｏｌｏｆＢＬＤＣＭ．ＢａｓｅｄｏｎＴｈｅｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｓｐｅｅｄｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ

ｍｏｄｅｌｏｆＢＬＤＣＭ，ａｎｏｖｅｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＢＬＤＣｓｙｓｔｅｍｃａｌｌｅｄｄｏｕｂｌｅｌｏｏｐｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎＭａｔｌａｂｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｓｐｅｅｄｌｏｏｐａｎｄａｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐ．

ＢＬＤＣＭｉｓ

ｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅ

ｎｏｔａｍｕｌｔｉ－ｖａｒｉａｂｌｅａｎｄｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍ．ＦｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｕｎｉｎｇｏｆｔｈｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｎａｒｅＢＬＤＣＭｃｏｎｔｒ０１．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓａｔｉｓｆｉｅｄ．Ａｎａｕｔｏ－ｔｕｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＰＳＯ）ｉｓ

ＰＩＤｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＡｎｄｔｈｅｎｔｈｅｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌＯｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｂａｓｅｄＰＳＯｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙａｓｗｅｌｌ

ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ

ａａｒｅａｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｇｏｏｄｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｆｏｒｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｔｒａｔｅｇｙ．ｏｎＦｉｎａｌｌｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｅｎｓｏｒＢＬＤＣＭｂａｓｅｄＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＤＳＰｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．

ＴｈｅｅｘｅｃｕｔａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｉｓｗｒｉｔｔｅｎｂｙＣｌａｎｇｕａｇｅｔｏ

Ｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｏｆｐｒｏｇｒａｍｐｒｏｖｅｓ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．ｔｈａｔｔｈｅＢＬＤＣＭｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｏｎｔｈｅｐａｐｅｒａｎｄｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＤＳＰａｎｄＰＣｂａｓｅｄＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＤＳＰ．ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈ

ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＢＬＤＣＭ，ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ，ＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌ

Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＳｅｒｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

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学位论文作者签名：佟，吴

夕胛尹年／月ｃｙ日

经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。（注：论文属公开论文的，作者及导师本处不签字）

指导教师签名：

年月日学位论文作者签名：年月日

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