开题报告无刷直流电机

1、2012年3月12日天津科技大学本科毕业设计（论文）开题报告学院：电子信息与自动化学院专业：电气工程及其自动化题目：无刷直流电机的模糊控制系统仿真名：指导教师（签名）拟选题目无刷直流电机的模糊控制系统仿真选题依据及研究意义无刷直流电机是种集电机和电子体化的高新技术产品，它以其体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点，同时还保留了普通直流电动机优良的机械特性，广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域。现代工业的快速发展对无刷直流电动机控制系统的性能要求不断提高。因此，研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电动机控制系统具有十分重要的意义。随着无刷直流电机应用领域的不断扩大

2、，要求控制系统设计简易、成本低廉、控制算法合理、开发周期短。传统的电机调速采用的是PI或PID控制技术，具有结构简单、可靠、稳定等优点，但是永磁无刷直流电动机的本体是一台永磁同步机，是一个多变量、强耦合、非线性、时变的复杂系统，用传统的PI或PID控制难以满足动态响应和超调以及高性能、高精度的要求，考虑到模糊控制实现的简易性和快速性，又不依赖于对象的模型，可根据操作者或专家的经验，实现对系统的控制，因此采用模糊控制的方法。模糊控制把一些具有模糊性的成熟经验和规则有机的融入到控制策略中，具有较强的鲁棒性，并且能够克服系统中的不确定因素。目前，无刷直流电机速度的模糊控制已得到较多研究，应用较多的模

3、糊控制策略主要有：基于简单模糊控制器的速度控制方法，基于模糊-PI复合控制器的速度控制方法，基于模糊PID（PI）控制器的速度控制方法，基于自适应、自组织、自学习模糊控制器的速度控制方法，以及智能模糊控制器的速度控制方法。通过对模糊控制的研究，使系统性能不断提高，使无刷直流电机得到更广泛的应用。文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价）无刷直流电机（简称BLDCM）以电子换向替代了机械换向器，且体积小、重量轻、结构简单、维护方便，在许多领域得到了广泛的应用。控制精度、稳定性和抗干扰能力是衡量系统整体性能高低的重要因素，而要使系统有较高的控制精度、稳定性和较强的抗干扰能力，控制方法的选

4、择至关重要2-3。常规的PID参数是依据事先建立的精确数学模型进行整定，不能随着被控对象的变化而作出调整，而BLDCM控制系统具有很强的非线性1-2，导致BLDCM常规PID控制系统稳态精度和抗干扰性不咼。为进步提咼BLDCM调速系统的快速性、稳定性和鲁棒性，智能控制成为一个重要的发展方向和研究热点，其中模糊控制是应用最广泛、最常见的方法之一。它无需建立被控对象的数学模型，对控制对象的参数变化或非线性特性具有较好的适应能力,对干扰或噪声具有更强的抑制功能。但是，普通模糊控制器由于本身消除系统稳态误差的性能较差,难以获得较高的控制精度,且模糊控制器一旦设计确定，其结构就不能在线修改,因而自适应能

5、力有限。模糊自适应控制兼有自适应控制和模糊控制的优点，且已成功应用于直流电机、永磁同步电机等运动控制对象。在Matlab/Simulink下建立的无刷直流电机控制系统仿真模型,采用了模糊基函数表示的模糊逻辑系统做为被控对象的辨识器，为模糊自适应控制器提供参数自调整的梯度信息，实现了无刷直流电机速度控制器的设计。仿真研究证明：在速度给定值发生变化的情况下，这种新型控制方法具有速度响应快、跟踪能力强、控制精度高、自适应能力优的特点。同时针对常规模糊PID控制器的不足之处进行了改进，研究了变论域自适应模糊PID控制器在BLDCM控制系统中的应用。通过分析BLDCM的数学模型,在Matlab仿真环境下

6、建立了基于变论域自适应模糊PID控制的BLDCM控制系统,可根据对象输出的变化实时在线地修改参数。仿真结果表明：控制系统无超调、快速性好、控制精度高以及突加负载后速度变化极小,控制性能得到很好的改善。PI控制对参数确定的模型具有快速性好、精确度高的特点，而模糊控制具有不依赖于系统模型参数、鲁棒性强的特点，综合两者的优势，组成模糊-PI智能控制，BLDCM建模仿真系统采用双闭环控制方案，即速度环、电流环。电流环为滞环电流控制，速度环不再沿用传统的PI调节器，而是替换为模糊PI智能控制环节。其优点在于：可根据不同的运行条件，利用模糊控制实现PI控制参数的自调整，这样可以充分发挥两者优点，互补不足，

7、在保证系统控制精度的前提下，达到提高系统快速性且确保控制鲁棒性的目的。研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等）鉴于永磁无刷直流电机调速系统在各个领域的迅速发展，对无刷直流电机调速系统做了如下研究：1）分析无刷直流电机调速的基本结构、工作原理和控制原理2）在MATLAB中，搭建无刷直流电机调速系统仿真模型，研究电机在启动、稳定运行、突加负载等情况下调速系统的静、动态性能3）设计典型的模糊控制器，并利用控制器对无刷直流电机进行调速实验4）与常规PID控制器的无刷直流电机调速系统进行对比分析5）得出模糊控制仿真结果和对比结果研究进程安排1）查阅文献，了解毕业设计任务的相关文献。2）根据毕

8、业设计任务书和查阅文献基础上，整理信息，提出实施方案3）熟悉MATLAB软件及其仿真4）掌握模糊控制基本原理，并完成典型模糊控制的仿真。5）协助毕业设计“无刷直流电机的PID控制系统仿真”的同学，辅助完成基于典型PID控制方法的无刷直流电动机的控制仿真。6）完成无刷直流电动机的模糊控制仿真。7）整理毕业设计，并撰写毕业设计论文8）准备答辩主要参阅文献张琛直流无刷电机原理及应用M.北京：机械工业出版社，1996龙驹，舒欣梅永磁无刷直流电动机转速控制系统的优化设计M.成都:西南交通大学出版社，2005.汤兵勇模糊控制理论与应用技术M.清华大学出版社，2002张曼若无刷直流电动机的发展与应用J.微电机,1995,28(1):23-25纪志成，沈艳霞，姜建国一种新型的无刷直流电机调速系统的模糊PI智能控制J.电机与控制学报，2003,7(3):248-254李卓，萧德云，何世忠基于Fuzzy推理的自调整PID控制器J.控制理论与应用，1997,14(2):238-243胡寿松自动控制原理M.科学出版社，2001陈桂明应用MATLAB建模与仿真M.北京：科学出版社，2001张国良模糊控制及其Matlab应用M.西安交通大学出版社，2002黄忠霖控制系统MATLAB计算及仿真M.北京：国防工业出版社，2001贝文诚，钟晓兵，李