基于模糊自适应PID控制的无刷直流电动机速度控制系统设计-开题报告

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1、中北大学毕业设计开题报告学生姓名：学号：学院、系：中北大学信息与通信工程学院电气工程系专业：电气工程及其自动化设计题目：基于模糊自适应PID控制的无刷直流电动机速度控制系统设计指导教师:2013年3月19日毕业论文开题报告1．结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述一、课题的研究背景无刷直流电机是一种集电机和电子一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

2、、机器人等领域。机械换向不良的后果是电刷下面产生危害性火花，使其在煤矿、油田等具有可燃性气体的场合受到限制，同时换向火花也能引起对无线电通讯及控制设备的电磁干扰，转速也受到机械换向的干扰限制而不能很高。这些缺点在很长时间内没有得到根本改善[1]。早在1917年，Boliger就提出了用整流管代替机械电刷，从而诞生了无刷电动机的基本思想。1955年，美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电动机的诞生。真正进入实用阶段应从1978年开始，当时原西

3、德MANNESMANN公司推出MAC经典无刷直流电动机及其驱动器。80年代，先后研制成方波和正弦波无刷电动机。在20多年的时间里，无刷直流电动机在国际上己得到较为充分的发展，同时，现代电力电子技术和永磁材料的发展又为其发展提供了便利条件[2]。无刷直流电机兼有直流和交流电机的优点，而且反馈装置简单、功率密度高、输出力矩大、驱动和控制结构简单，作为一种高性能的伺服电机，在需要高速、高精度定位控制的运动控制系统中受到越来越多的重视。尤其随着稀土永磁材料和电力电子器件性价比的不断提高，无刷直流伺服系统

4、的造价更低，性能更为优越，具有深远的发展前景并将成为高性能交流伺服驱动系统发展的主要方向[3]。高性能的电机控制系统，不仅要有高性价比的伺服电机和驱动控制设备，还得在控制器中采用新的控制算法使硬件的性能得以充分的发挥。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[3]，导致BLDCM常规PID控制系统稳态精度和抗干扰性不高。为进一步提高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

5、点，其中模糊控制是应用最广泛、最常见的方法之一[4]。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,因而自适应能力有限。在大系统中，精确性和复杂性是互相矛盾的，即存在不相容原理：“当系统的复杂性增大时，则其精确化的能力将自然而然的降低，在达到一定阀值时，复杂性和精确性将互相排斥。”这时，用传统方式建立数

6、学模型非常困难，以至于不可能。这时人们着手研究能够处理这种形式系统的数学方法，直到1965年，美国加利福尼亚大学电气工程系教授L.A.Zadeh才创立了模糊数学，他不单是数字和符号的形式演算，而且能够模拟人脑思维的模糊推理过程，表现出强大的生命力[5]。模糊控制是一种非线性智能控制，是目前实现智能控制的一种重要而有效的形式，其最大的优点是不依赖被控对象的精确模型，仅仅基于很少的模糊控制规则，即可给出控制信号，具有较强的鲁棒性[6]。然而，由于被控过程的非线性、高阶次、时变性以及随机干扰等因素的影

7、响，造成模糊控制规则或者粗糙或者不完善，都会不同程度地影响控制效果。为了弥补这个不足，先进的模糊控制应具有自适应性，在系统出现不确定因素时，仍使系统保持既定的特性。自适应模糊控制与传统的自适应控制相比有着本质的区别[7]。自适应模糊控制器的优越性在于：自适应模糊控制器可以利用专家提供的具有自适应功能的语言性模糊信息，来使控制系统适应被控对象的不确定性，而传统的自适应控制器则通过系统辨识参数使其具有自控功能。自适应模糊控制为人们系统而有效地利用模糊信息提供了一种工具[8]。本课题是基于模糊自适应的

8、优势提出的。二、本课题研究现状与前景1955年，由美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换向替代机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电动机的诞生，此后几十年里，无刷直流电机以其宽调速、小体积和高效率的特点，在国际上得到了充分的发展，各国对无刷电机控制技术的研究进行的较为深入和广泛，目前国际上对无刷电机控制技术的研究主要集中在以下几个方面:1、采用微处理器及其智能功率模块的方式，由于智能功率模块具有GTR(大功率晶体管)高电流密度、MOSFET(场效应晶体管)的高输入阻抗、高开关频率和低驱动