引言
近几年来,随着电力电子器件和现代控制理论的迅速发展,无刷直流电动机由于没有接触式换向装置,不存在换向引起的火花,其具有效率高,转速不受机械换向所限制,可维护性强,安全性高等诸多优点,而被人们广泛应用于光驱、智能机器人、电动交通工具等领域。DSP(数字信号处理器)则以其高速的数据处理能力、丰富的内部资源、集成度高和功耗低等特点,已广泛应用在控制领域中。本文提出了一种基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计方案。该设计结合模糊控制方法来实现无刷直流电动机的智能化控制。
1 无刷直流电机的数学模型
根据物理学公式,单根导体在磁场中切割磁力线运动时,所产生的电动势e为:
式中,B为磁场感应强度,l为磁场中导体的有效长度,v为导体垂直于磁力线运动的线速度。在电机中,v与转速n的关系为:
这样,无刷直流电机在运行过程中所感应产生的感应电动势大小为:
式中,E为无刷直流电动机产生的感应电动势;p为电机的极对数;α为极弧系数;W为点数绕组每一相的绕线匝数;ψ为每一极的磁通量;n为电机的转速。
假设无刷直流电动机的绕组采用三相星型结构,定子三相完全对称,空间上互差120°的电角度,三相绕组电阻的电感量参数相同。同时忽略电枢绕组之间产生的互感,电机的气隙磁导均匀,磁路不饱和,并忽略涡流损耗。则无刷直流电动机的数学模型如下:
本模糊控制器以电机的转速输出与期望的速度输出的偏差e以及偏差的变化率ec作为输入变量来输出电机的控制值的变化值。在模糊控制区内,可将速度偏差和偏差变化率量化为7个模糊子集,即模糊语言变量{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},简记{NL,NM,N-S,ZO,PS,PM,PL}。
综合考虑速度偏差和速度偏差变化率这两个信号,可采用如下的模糊推力规则:
由于e和ec各有一个模糊子集,所以,共有49条模糊规则,其具体规则如表1所列。
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