基于STM32的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究.pdf

1、近些年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的飛速發(fā)展，電機(jī)的控制及應(yīng)用已成為了人們?cè)絹?lái)越關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。一般來(lái)講，電機(jī)主要分為兩種類型:交流電機(jī)和直流電機(jī)。交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床和機(jī)械加工設(shè)備等領(lǐng)域。但是由于交流電機(jī)的調(diào)速和啟動(dòng)性能比較差，在轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩要求嚴(yán)格的場(chǎng)所，交流電機(jī)很少被使用。相對(duì)于交流電機(jī)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)快，轉(zhuǎn)矩大，很多場(chǎng)合都把直流電機(jī)作為主要控制對(duì)象。本文主要研究直流電機(jī)的其中一種類型—

2、無(wú)刷直流電機(jī)，無(wú)刷直流電機(jī)是隨著電機(jī)技術(shù)和永磁材料的興起而出現(xiàn)的一種新型電機(jī)，是直流電機(jī)的一種特殊形式。它具有體積小、效率高、調(diào)速性好、控制簡(jiǎn)單和便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制等優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域中都得到很廣泛的應(yīng)用。因此，研究無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有很深遠(yuǎn)的意義。
　　首先本文建立了無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在控制方案上，通過(guò)對(duì)比研究分析，確立了外轉(zhuǎn)速內(nèi)電流的雙閉環(huán)控制方案。
　　接下來(lái)是無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真研究。系統(tǒng)

3、采用傳統(tǒng)PID控制、基于粒子群算法的模糊PID控制和基于改進(jìn)粒子群算法的模糊PID控制三種不同方式來(lái)優(yōu)化和改進(jìn)速度控制器，電流環(huán)依舊采用PID進(jìn)行控制。仿真結(jié)果表明，基于改進(jìn)粒子群算法的模糊PID無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中超調(diào)量遠(yuǎn)小于0.5％、上升速度更快，且上升時(shí)間比前者提升了約0.003s、穩(wěn)定性恢復(fù)只用了約0.001s等，優(yōu)于基于粒子群算法的模糊PID控制和普通PID控制。
　　最后是無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由于S

4、TM32具有低成本、高效能和集成度高等優(yōu)點(diǎn)，因此采用STM32構(gòu)建無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，能大大地簡(jiǎn)化系統(tǒng)的構(gòu)成，增強(qiáng)系統(tǒng)的性能，滿足更多場(chǎng)合的需要。在分析和總結(jié)無(wú)刷直流電機(jī)控制策略存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的研究分析和對(duì)各種控制芯片進(jìn)行對(duì)比，本文最終確定以STM32RBT6為核心來(lái)構(gòu)建無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。在控制策略方面，系統(tǒng)采用了基于改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化模糊PID控制器的先進(jìn)算法，將改進(jìn)粒子群算法（量子粒子群算法）與模

5、糊PID控制器(Fuzzy-PID)相結(jié)合，使控制系統(tǒng)既具有量子粒子群算法收斂速度快和避免早熟等優(yōu)點(diǎn)，又具有Fuzzy-PID控制器靈活、適應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn)。運(yùn)用AltiumDesigner軟件完成了對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件原理圖及PCB板設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了總程序和中斷子程序各部分的流程圖，完成了基于流程圖的各部分程序的編寫，使用IR2110S作為驅(qū)動(dòng)芯片，完成了整個(gè)控制系統(tǒng)的搭建，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它被控制量的控制。實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)于傳