基于模糊逻辑的测井永磁无刷直流电机驱动系统研究

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1、硕士学位论文基于模糊逻辑的测井永磁无刷直流电机驱动系统研究RESEARCHONWELLLOGGINGPERMANENTMAGNETBRUSHLESSDCMOTORDRIVESYSTEMBASEDONFUZZYLOGIC肖东亮哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于模糊逻辑的测井永磁无刷直流电机驱动系统研究硕士研究生：肖东亮导师：邹继明教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifie

2、dIndex:TM351U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONWELLLOGGINGPERMANENTMAGNETBRUSHLESSDCMOTORDRIVESYSTEMBASEDONFUZZYLOGICCandidate：XiaoDongliangSupervisor：Prof.ZouJimingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation

3、：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要针对测井永磁无刷直流电机在井下的功能要求，本文对电机驱动系统进行了仿真和实验研究，采用模糊分数阶PID控制算法来提高测井动力系统的控制性能，设计了硬件驱动电路，并编写了相应的软件算法来实现所需功能，使永磁无刷直流电机能够在井下环境中带动测井仪器可靠运行。首先，为了提高测井动力系统的

4、控制性能，本文将常规整数阶PID控制器各个环节的阶次从整数扩展为非整数，采用分数阶PID控制算法来调节测井无刷电机的转速。本文给出了测井无刷电机的传递函数，并在此基础上依次分析了积分阶次和微分阶次对电机控制性能的影响。在SIMULINK环境中搭建了测井无刷电机双闭环驱动系统的仿真模型，对比分析了分数阶PID控制器与常规整数阶PID控制器的控制效果，分析结果表明分数阶PID控制器具有更强的灵活性，可以使测井动力系统的稳定性和动态响应能力得到改善。其次，为了进一步提高电机在井下环境的稳速性能，本文将模糊逻辑理论应用到测井电机驱动系统中。针对分数阶PID控制器各

5、个参数的具体特性，分别编写各个模糊调节量的推理规则，利用MATLAB模糊逻辑工具箱，依次完成输入量模糊化、输出量反模糊化和控制量模糊推理的具体设计过程。本文将模糊控制器应用于测井无刷电机驱动系统的速度外环，仿真结果表明，模糊分数阶PID控制算法可以显著改善测井动力系统的动静态性能和鲁棒性，这对于提高驱动系统在测井环境中的可靠性具有重要的意义。本文以测井无刷电机为核心，设计了驱动系统的硬件电路，主要包括：DSP主控单元、转子位置检测单元、信号逻辑电平转换单元、电流采样单元、MOSFET主开关驱动单元和指令通讯单元。在硬件电路的基础上，编写了包括主控芯片初始化

6、模块、AD采样模块、软起动模块、逻辑换相模块、485指令通讯模块、数字模糊PID模块等在内的软件程序。最后，本文完成了对测井无刷电机驱动系统的实验调试，实验结果表明测井无刷电机驱动系统能够实时获取位置信号和电流信号，实现与上位机的指令通讯，模糊控制算法可以提高驱动系统的性能，该测井无刷电机可以同测井仪器兼容，实现目标功能。关键字：测井；无刷直流电机；分数阶PID；模糊逻辑；双闭环I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInviewofperformancerequirementsinextremeworkenvironmentfortheperma

7、nentmagnetBrushlessDCmotorappliedtowelllogging,fuzzyfractionalorderPIDcontrolalgorithmisadoptedtoimprovetheperformanceofthewellloggingdrivesystem,whichisanalyzedthroughsimulationandexperiments.Hardwarecircuitsandsoftwareprogramaredesignedtorealizerelevantfunctionstomakesurethemoto

8、rcandrivethelogginginstrumentstoo