基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的無(wú)刷直流電機(jī)雙閉環(huán)控制研究.pdf

1、隨著電機(jī)理論和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使用電子裝置換相的無(wú)刷直流電機(jī)逐漸被人們所熟悉，它解決了之前直流電機(jī)由于換向器和電刷而導(dǎo)致的電機(jī)損耗、摩擦嚴(yán)重等諸多問(wèn)題。無(wú)刷直流電機(jī)憑借其良好調(diào)速性能、高效率、輸出轉(zhuǎn)矩大、體積小等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代控制與智能控制領(lǐng)域以及人們的日常生活中發(fā)揮著巨大作用。本文把無(wú)刷直流電機(jī)作為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)使用在電機(jī)轉(zhuǎn)速上的不同控制策略進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)并提供一種穩(wěn)定實(shí)用的無(wú)刷直流電機(jī)雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)下的轉(zhuǎn)速控制方案。
　　首先

2、，對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的構(gòu)成和工作原理進(jìn)行了介紹，分析了電機(jī)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)所具有的運(yùn)行特性進(jìn)行了闡述，以及說(shuō)明了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)在電機(jī)調(diào)速方面起到至關(guān)重要的作用。
　　其次，研究不同控制策略下無(wú)刷直流電機(jī)的調(diào)速性能，這里包括滑模變結(jié)構(gòu)控制器以及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計(jì)。由于無(wú)刷直流電機(jī)不是一個(gè)線性系統(tǒng)，它具有復(fù)雜度高、參數(shù)多等特點(diǎn)，易受內(nèi)部參數(shù)與外部擾動(dòng)干擾。以前的PID控制由于過(guò)分依靠對(duì)象模型容易受各種

3、因素的影響，不能對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。在非線性對(duì)象系統(tǒng)中滑模變結(jié)構(gòu)控制擁有強(qiáng)魯棒性、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計(jì)從電機(jī)動(dòng)力學(xué)方程、滑模變量以及控制律等幾方面著手，并最終對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析，得到滑模變結(jié)構(gòu)控制器的表達(dá)式。由于滑模變結(jié)構(gòu)控制會(huì)產(chǎn)生抖振，本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)降低它，從而提高控制的性能。學(xué)習(xí)能力強(qiáng)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最重要的一點(diǎn)，除此之外還具有很強(qiáng)的映射能力尤其處于非線性的系統(tǒng)中，

4、把它應(yīng)用在滑模變結(jié)構(gòu)控制器上能夠?qū)崿F(xiàn)更好的滑模變結(jié)構(gòu)控制器。設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改造過(guò)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器的表達(dá)式，通過(guò)調(diào)節(jié)隱層節(jié)點(diǎn)的寬度、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重等參數(shù)使電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速能夠更好地跟蹤期望轉(zhuǎn)速，從而使在雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)下的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有更好的調(diào)速性能。
　　最后，根據(jù)理論設(shè)計(jì)出滑模變結(jié)構(gòu)控制器以及經(jīng)過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改造過(guò)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器之后，分別利用大量的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證理論研究設(shè)計(jì)的正確性。通過(guò)在Matlab/Si

5、mulink上編寫代碼和對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)建模來(lái)仿真對(duì)比不同控制策略，仿真現(xiàn)象表明控制器設(shè)計(jì)是合理的且能說(shuō)明控制器之間的差異性。通過(guò)對(duì)硬件部分的制作以及軟件程序編寫來(lái)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在上位機(jī)上能夠觀察到不同控制策略下的波形，且表明RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制器在電機(jī)調(diào)速方面的效果好于普通滑模變結(jié)構(gòu)控制器，而普通滑模變結(jié)構(gòu)控制器好于PID控制器。不同波形曲線之間的差異符合預(yù)期結(jié)果，說(shuō)明了設(shè)計(jì)的控制器在實(shí)際中的可行性，為無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域提供