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基于九点控制器的无刷直流电机控制器的设计

李晓佳  
【摘要】:无刷直流电机是伴随电力电子技术和新型永磁材料出现迅速发展起来的一种新型电机,由于其具有结构简单、可靠性高、调速性能好,已经广泛应用于各个领域。采用常规控制方式有运算复杂,调试繁琐,鲁棒性不强等不足。九点控制算法兼有逻辑控制和非线性控制相结合的优点,设计简单、稳定性好、抗干扰能力较强。本文以展开以FPGA为控制核心,采用DSP Builder混合建模设计方式,设计基于九点控制器算法的无刷直流电机控制系统。 本文在参考无刷直流电机发展历史及其工作原理的基础上,分析研究了各相电压、电磁转矩、运动方程等建立无刷直流电机的数学模型,建立控制系统的整体框架。 对九点控制器算法原理进行研究分析,并与PID控制方式比较,研究采用九点控制器算法的系统的动态和静态性能,为后文的控制器设计提供理论基础。 系统总体设计上,进行了以高性能FPGA为控制核心的硬件平台设计,研究设计了无刷直流电机的驱动电路、位置传感器电路、电流检测电路、转速检测电路、PWM发生及死区保护保护电路、光电耦合电路等组成部分。 在控制器设计过程中,采用了Simulink/DSP Builder混合建模的设计方法,用MATLAB/Simulink标准库搭建无刷直流电机本体模型,用DSP Builder完成基于FPGA的控制功能模块的设计。在使用DSP Builder设计复杂算法的基础上,完成FPGA控制芯片的数据采集和控制模块整合工作,实现了无刷直流电机的速度控制与电流控制的单芯片集成。 在MATLAB/Simulink中进行系统建模仿真实验,并与PID控制仿真波形结果进行动态和静态性能比较分析。仿真结果表明:采用九点控制策略控制无刷直流电机有良好的动态和静态性能。


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