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基于STM32的旋臂机研究与设计

姜晨  
【摘要】:风速一直以来就与人类的生活息息相关,低风速的测量是气象监测的重要环节,由此诞生了许多用于测量低风速的风速仪。为了得到准确的测量结果,需要通过风速发生装置来获取风速,从而对风速仪进行校准。风速的产生一般有两种方法,分别为风洞法和旋臂法,由于风洞难以产生均匀且稳定的低风速,所以一般多用于高风速条件下,而旋臂法则可以轻易产生均匀且稳定的低风速。本文根据旋臂法产生风速的原理,设计了一种旋臂机风速发生装置,通过准确转速的获取产生对应的风速。(1)选取三相电机作为旋臂机的动力源,详细介绍了电机的控制原理及调速方法,设计了双闭环控制系统作为电机的控制方案,以数学模型为基础建立了仿真模型。三相电机大多采用PI控制,但是仿真结果显示传统PI控制的效果不够理想,针对PI控制超调量大以及动态性能差等问题,将模糊控制与PI控制相结合,设计了模糊PI控制器,将其应用于转速环,同时电流环采用滞环控制,实验结果表明基于模糊PI控制的电机控制系统响应速度更快且抗干扰性更强。(2)旋臂机控制系统的硬件电路以及软件系统设计,系统硬件电路以STM32微处理器为核心,主要包括电源电路、驱动逆变电路、电流采样电路、霍尔传感器接口电路以及无线通信电路,分别完成了以上电路的原理图设计,绘制了PCB并打样制板,硬件平台搭建完毕之后对各个功能模块进行了编程并且使用Visual Studio 2010编写了上位机软件。(3)安装旋臂机并对旋臂机的性能进行了测试,测试表明,本文设计的旋臂机控制效果良好,电机转速误差控制在了±0.2mm/s以内,稳定性为±0.03mm/s;旋臂机产生的风速误差控制在了±0.01m/s以内,稳定性为±0.002m/s。对风速产生的误差来源进行了分析并通过对比实验验证,给出了提高旋臂机精度的方案。


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