电动自行车用无刷直流电机控制系统研究

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1、指导教师姓名：申请学位级别：论文提交日期：授予学位单位：宋蛰存教授硕士2011年4月20日东北林业大学学校代码：10225学号：S11447▲一夕0．控制系统研究东北林业大学学科专业：控制理论与控制工程论文答辩日期：2011年6月19日授予学位日期：2011年6月29日答辩委员会主席：论文评阅人：春夕厶栉景大学UniversityCode：10225RegisterCode：S11447DissertationfortheDegreeofMasterTheResearchofBrushlessDCMot

2、orContr01SystemofElectricBicycleCandidate：ZhongXiaoweiSupervisor：Prof．SongZhecunAssociateSupervisor：AcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlTheoryandControlEDateofOralExamination：June．201lUniversity：。NortheastForestrynglneerlng摘要近年来

3、，随着社会经济的高速发展，燃油车辆的尾气排放是主要的环境污染源，它对石油资源的需求量也很大，电动自行车因节能、无污染、低价等优点而得到迅速普及，成为市民短途出行的首选交通工具。电动自行车在我国的自行车市场占有量很大，因此开发电动自行车具有很好的社会意义。目前，电动自行车用电机主要是无刷直流电动机，本文从无刷直流电动机的基本结构出发，论述了其工作原理和PWM调速方式，为提高车用蓄电池的续航能力，阐述了能量回馈制动原理和控制规律。由于无刷直流电机是个强耦合、多变量的非线性系统，难于建立精确数学模型，采用经典

4、PID控制方式难于达到很好的控制效果。模糊控制不依赖被控对象的精确模型，应用方法也相对成熟，常用的二维模糊控制器与PID控制结合能很好的改善系统动态、稳态性能。本文构建了电动自行车用无刷直流电机的双闭环串级控制系统，电流内环采用PI控制策略，速度外环采用模糊自适应PID控制，以实现PID控制器的参数自整定，在保证控制系统稳态性能的前提下，提高了系统的适应性和鲁棒性。根据电动自行车要实现的功能，设计了车用无刷直流电机控制系统的软、硬件。系统硬件设计以ATmega32单片机为主控核心，控制器外围电路包括电源

5、电路、功能控制电路、三相全桥逆变主电路、欠压、过流保护电路等。系统软件设计采用模块化结构和C语言编程，根据需求编写了各个功能模块子程序：霍尔信号捕捉模块、换相模块、A／D转换模块、“转速．电流”双闭环控制模块等。在Matlab／Simulink仿真环境下，利用FuzzyLogic和SimPowerSystem工具箱建立无刷直流电机双闭环调速系统仿真模型，分析了仿真结果，最后进行控制器硬件电路制作并调试，论证了无刷直流电机控制系统设计方案的可行性。关键词电动自行车：无刷直流电机；PID；模糊控制；ATme

6、ga32modelandhardlytoachievegoodresultsbyusingtheclassicalPIDcontr01．Fuzzycontroldoesnotrelyonthepreciseofthecontrolledobject，theapplicationmethodofitisalsorelativelymature，commonlyusedtwo—dimensionalfuzzycontroller丽tllPIDcontrolcanimprovethedynamicandsta

7、ticperformanceofthesystem．BLDCMofelectricbicycleusedoubleclose—loopcascadecontrolsystem，witllcurrentinnerloopPIcontrolandspeedouterloopadaptiveFuzzyPIDcontrol，whichCanachievePIDcontrolparametersself-tuningandimprovetheadaptabilityandrobustnessinensuringt

8、hesteady-stateperformanceofthepremiseofthecontrolsystem．Accordingtothefunctionofelectricbicycle，designedthesoftwareandhardwareofBLDCMcontrolsystem．HardwaredesignbasedonATmega32microcontroller，peripheralcircuitsincludepower