毕业论文--数字式电动执行器的控制原理与仿真设计.docVIP

毕业论文--数字式电动执行器的控制原理与仿真设计.doc

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目 录 第一章 绪论 1 1.1课题研究的背景和意义概述 1 1.2国内外研究现状 1 1.3本文研究的主要内容 4 第二章 基于DSP芯片MC56F8323无刷直流电动机控制系统总体概述 5 2.1无刷直流电动机工作原理 5 2.2无刷直流电动机的数学模型建立 6 2.3无刷直流电动机控制策略 8 第三章 基于DSP芯片MC56F8323无刷直流电动机控制系统硬件设计 9 3.1硬件总体设计 9 3.2逆变主电路 10 3.3控制单元介绍 11 3.4 IPM驱动电路设计 12 3.5速度位置环电路设计 13 3.6电流环电路设计 14 3.7保护电路 15 第四章 基于DSP芯片MC56F8323无刷直流电动机控制系统软件设计 17 4.1软件控制总体结构方案 17 4.2主程序 17 4.3速度中断程序 18 4.4位置中断程序 18 4.5故障中断子程序 19 4.6控制器设计 20 第五章 自适应PID模糊控制算法与MATLAB仿真 21 5.1传统PID控制 21 5.2自适应PID模糊控制 21 5.3 MATLAB仿真 24 5.3.1 MATLAB简介 24 5.3.2 无刷直流电动机本体模块 25 5.3.3无刷直流电动机转速测量模块 26 5.3.4无刷直流电动机转速测量模块 27 5.3.5逆变器模块 27 5.3.6速度调节器模块 28 5.3.7电流控制模块 28 5.3.8参考电流模块 29 5.3.9计算位置模块 30 5.3.10仿真结果 30 第六章 总结 35 参考文献 35 第一章 绪论 1.1课题研究的背景和意义概述 电动执行器在自动控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号,通过电动执行器本身开度的变化,控制阀体等节流件的开度,达到控制流量的目的。电动执行机构是以电动机为驱动源、以直流电流为控制及反馈信号,当上位仪表或计算机发出控制信号后,电动执行机构输出轴按照信号大小比例地动作,使阀门或风门开到相对应的开度,并将系统开度信号反馈回控制室内,从而完成系统的调节功能。然而,电动机作为机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活之中,同时也是最为常见的电动执行器。 随着经济社会的不断发展,科技的日异月新,电力电子也同样取得了巨大的发展和进步。新型材料以及新型半导体的应用,逐渐产生了以电子换相代替传统电刷机械换相的无刷直流电动机。1955年,美国Harrison等人首次申请了应用晶体管换相替代电动机机械换相的专利,这边是无刷直流电动机的雏形。1962年,借助霍尔元件来实现换相的无刷直流电动机的问世开创了无刷直流电动机产品化的新纪元。1978年,原联邦德国MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其MAC无刷直流电动机及其驱动系统,标志无刷直流电动机正式迈入实际使用阶段。 与采用机械结构进行换向的传统直流电机相比,无刷直流电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠和维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无刷赐损耗以及调速性能好等诸多优点。正是有着如此多的优点,无刷直流电动机在当今国民经济各个领域的应用日益普及。 电机控制是工业自动化进程中一个相当重要的组成部分, 它包含工业领域中的速度控制、力矩控制、位置控制。微处理器在电机控制领域中的应用,使传统的电机控制面貌一新。模拟量到数字量的转换实现了全数字化的描述及控制。它具有速度快、控制准确灵活、噪声小、高集成度、反应灵敏等优点。适应了工业企业提高产品质量和增加产量的要求, 因此得到了广泛的应用。无刷直流电动机的数字化控制越来越明显,优势也日益突出。对于无刷直流电机的数字式控制研究是时代的需要,无刷直流电动机数字式控制是一种新型的调速系统,该系统具有良好的运行、控制以及经济性能,显示出巨大的发展潜力。因此,研究全数字电动执行器的控制设计有着极强的现实意义。 1.2国内外研究现状 国内三种电机的生产分工较为明确,电机分为直流电机、同步电机和异步电机。无刷直流电机是三种电机的集合,是电机发展的高层次产品,它代表电机的发展方向。目前无刷直流电机研究刚刚起步,主要集中在高等学校,如浙江大学、北京航空航天大学、上海交通大学等,均在进行 1.5kw 以下样机的研究试验,清华大学正在做 15KW 电机的样机实验,中科院正在做 28 KW 电机的样机实验。企业中生产高性能、大容量这种电机的厂家还没有,只有生产结构简单、性能较低、容量在 0.2KW 以下、用于电动自行车电机的厂家。国际发达国家对直流无刷电机的研制与中国大体相当,但像美国、日本在直流无刷电机控制方面比中国先进。 目前,通过国内外的许多专家、学者在无刷直流电机及其控制的研究,取得了很大的进步,主要集中在无位置传感器、

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