【正文】 2． 5(a)所示位置時(shí)，功率開關(guān) VTl、 VT6導(dǎo)通，電流從 A相繞組流入， 從 B相繞組流出。圖 2． 4為三相無刷直流電動(dòng)機(jī)星形連接全橋驅(qū)動(dòng)方式電路圖，六只功率開關(guān)管 VTlVT6構(gòu)成功率逆變 器，六只功率逆變器為 120 導(dǎo)電方式。為了輸出恒定的電磁功率和轉(zhuǎn)矩，在三相定子繞組中加入方波電流，導(dǎo)通時(shí)間為 120。 無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)分布、氣隙磁場(chǎng)感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)和定子繞組相電流如圖 。霍爾位置傳感器廣泛應(yīng)用于無刷直流電機(jī)、齒輪位置、齒輪 轉(zhuǎn)速、閥門位置、磁盤速度、流速感應(yīng)、速度感應(yīng)等領(lǐng)域。位置傳感器的原理是將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后去控制定子繞組換相，位置傳感器安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上。電子開關(guān)通常采用全控式功率開關(guān)管，并且采用橋式電路聯(lián)接方式。功率邏輯開關(guān)單元將電源的功率按照一定的邏輯關(guān)系分配到無刷直流電機(jī)定子各相繞組，從而使電機(jī)產(chǎn)生持續(xù)的轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鋼位置信號(hào)變換為電信號(hào)，來控制電子開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷，從而使定子各相繞組按照一定的順序?qū)ǎㄗ酉嚯娏饕搽S轉(zhuǎn)子位置變化按照一定的規(guī)律換相。電機(jī)轉(zhuǎn)子的永久磁鋼與永磁有刷電機(jī)中的永久磁鋼的作用類似，均是在電動(dòng)機(jī)氣隙中建立足夠的磁場(chǎng)，不同點(diǎn)在于：無刷直流電機(jī)的永久磁鋼安裝在轉(zhuǎn)子上，而有刷直流電機(jī)的永久磁鋼安裝在定子上。 圖 2． I 無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 2． 1． 1電機(jī)本體 電機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電機(jī)類似，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件組成，但沒有鼠籠型繞組和其它啟動(dòng)裝置。 (5)總結(jié)系統(tǒng)在調(diào)試過程中出現(xiàn)的一些實(shí)際問題并且尋求相應(yīng)的解決辦法。在此背景下，本文對(duì)無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)做了如下研究： (1)分析無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和運(yùn)行特性。無刷 直流電機(jī)由于其良好的控制性能，在高速、高精度定位系統(tǒng)中逐步取代了直流電機(jī)與步迸電機(jī)，成為其首選的伺服電機(jī)之一 n 叮。這在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械、物料輸送機(jī)械、紡織機(jī)械和交通車輛中有大量應(yīng)用。 無刷直流的應(yīng)用主要分為以下幾類： (1)定速驅(qū)動(dòng) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 5 機(jī)械一般工業(yè)場(chǎng)合不需要調(diào)速的領(lǐng)域以往大多是采用三相或單相交流異步和同步電機(jī)。由于是硬件采集信號(hào)，更降低了系統(tǒng)的可靠性。位置傳感器的存在，增加了無刷直流電動(dòng)機(jī)的重量和結(jié)構(gòu)尺寸，不利于電機(jī)的小型化。 用位置傳感器來作為轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)裝置是最直接有效的方法。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 70 年代和 80 年代先后出現(xiàn)了全控型功率開關(guān)河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 4 器件，其中有可關(guān)斷晶體管 (GTO)、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)、絕緣柵雙極性晶體管 (IGBT)、集成門極換流晶閘管 (IGCT)及近年新開發(fā)的電子注入增強(qiáng)柵晶體管(IEGT)H。 (2)驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路輸出電功率，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組，并受控于控制電路。它們都是將電機(jī)控制所需的外圍功能電路集成在一個(gè) DSP 芯片內(nèi)，其具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性的特點(diǎn)，運(yùn)算速度可達(dá) 20～ 150MINPS，指令周期僅為幾十納秒，與普通的 MCU 相比，運(yùn)算及處理能力增強(qiáng) 1050 倍，確保了系統(tǒng)具有更優(yōu)越的控制性能。因此，人們便自然地想到了 DSP。對(duì)電機(jī)控制要求不高的場(chǎng)合，由專業(yè)集成電路組成控制電路是簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。 目前，為提高電動(dòng)機(jī)的功率密度，出現(xiàn)了橫向磁場(chǎng)永磁電機(jī)，其定子齒槽與電樞線圈在空間位置上相互垂直，電機(jī)中的主磁通沿電機(jī)軸向流通，這種結(jié)構(gòu)提高了河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 氣隙磁密，能夠提供比傳統(tǒng)電機(jī)大得多的輸出轉(zhuǎn)矩 n，該類型電機(jī)正處于研究開發(fā)階段。 1． 4． 1 電動(dòng)機(jī)本體的發(fā)展 無刷直流電動(dòng)機(jī)在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電動(dòng)機(jī)基本一樣，但它的電樞繞組放在定子上，轉(zhuǎn)子減輕了重量、簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、提高了性能，使其可靠性得以提高。按照流入電樞繞組的電流波形的不同，直流無刷電動(dòng)機(jī)可分為方波直流電動(dòng)機(jī) (BLDCM)和正弦波直流電動(dòng)機(jī) (PMSM)， BLDCM 用電子換相取代了原直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換相，由永磁材料做轉(zhuǎn)子，省去了電刷；而 PMSM 則是用永磁材料取代同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁繞組，省去了勵(lì)磁組、滑環(huán)和電刷。之后，國(guó)際上對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了深入的研究，先后研制成方波無刷電機(jī)和正弦波直流無刷電機(jī)。但由于電動(dòng)機(jī)尚無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不能產(chǎn)品化。針對(duì)上述傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的弊病，早在本世紀(jì) 30 年代，就有人開始研制以電子換向來代替電刷機(jī)械換向的無刷直流電動(dòng)機(jī)，并取得了一定的成果。電動(dòng)機(jī)的主要類型有：同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)三種，其容量小到幾瓦，大到上千萬瓦。其應(yīng)用從最初的軍事工業(yè)，向航空航天、醫(yī)療、信息、家電以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域迅速發(fā)展。仿真 結(jié)果證明 ，本文所設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)具有更好的靜、動(dòng)態(tài)性能，并且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和負(fù)載擾動(dòng)變化都有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，取得了較好的控制效果。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) [論 文 ] 題目： 模糊 PID 直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng) 仿真研究 系 別： 電氣與電子工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名： 李 林 冉 學(xué) 號(hào)： 121406123 指導(dǎo)教師： 邢廣成 河南城建 學(xué)院 2020 年 5 月 20 日 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 I 摘 要 無刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等一系列 優(yōu)點(diǎn)，還具備交流電機(jī)運(yùn)行效率高，無勵(lì)磁損耗及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在工業(yè)控制各個(gè)領(lǐng)域內(nèi) 得到廣泛應(yīng)用 ，中小功率的調(diào)速系統(tǒng)正逐步被無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所代替。最后，論文 還與采用常規(guī) PID控制器的調(diào)速系統(tǒng) 進(jìn)行比較分析。 and achieves good control effect． Key words： Brushless DC Motor； Digital Signal Processor； PulseWidth Modulation； selfadaptive fuzzy PID controller 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 III 目錄 摘 要 .......................................................... I ABSTRACT ........................................................... II 1． 1課題背景 ...................................................... 1 1． 2無刷直流電機(jī)的發(fā)展歷程 ........................................ 1 1． 3無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ........................................ 2 1． 4無刷直流電機(jī)的發(fā)展 ............................................ 2 1． 4． 1 電動(dòng)機(jī)本體的發(fā)展 ......................................... 2 1． 4． 2 電子換相電路的發(fā)展 ....................................... 3 1． 4． 3 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路的發(fā)展 ................................... 4 1． 5無刷直流電機(jī)的應(yīng)用 ............................................ 4 1． 6課題研究的主要內(nèi)容 ............................................ 5 第 2 章無刷直流電機(jī)的基本原理及調(diào)速策略 .............................. 7 2． 1無刷直流電機(jī)的基本組成 ........................................ 7 2． 1． 1 電機(jī)本體 ................................................. 7 電子開關(guān) ................................................... 8 2． 1． 3 轉(zhuǎn)子位置傳感器 ........................................... 9 2． 2無刷直流電機(jī)工作原理 .......................................... 9 2． 3無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型 ......................................... 12 電壓方程 .................................................. 12 2． 3． 2 轉(zhuǎn)矩方程 ................................................ 13 2． 3． 4 狀態(tài)方程 ................................................ 14 2． 4無刷直流電機(jī)機(jī)械特性及傳遞函數(shù) ............................... 14 2． 5無刷直流電機(jī)調(diào)速策略 ......................................... 16 2． 6本章小結(jié) ..................................................... 18 第 3 章自適應(yīng)模糊 P I D 控制器設(shè)計(jì) ................................... 19 3． 1模糊控制基本理論 ............................................. 19 3． 1． 1 模糊化 .................................................. 19 3． 1． 2 模糊控制規(guī)則 ............................................ 20 3． 1． 3 模糊推理 ................................................ 20 3． 1． 4 模糊判決 ................................................ 21 3． 2自適應(yīng)模糊 P I D控制器的設(shè)計(jì) .................................. 21 3． 2， 1 常規(guī) P l D 控制器 ........................................ 21 3． 2． 2 自適應(yīng)模糊 PID 控制器控制思想 ............................ 22 變量模糊化及隸屬函數(shù)的確定 ................................ 23 3． 2． 4 模糊控制規(guī)則表 .......................................... 27 3． 2． 5 模糊條件語(yǔ)句 ............................................ 29 3． 2． 6 模糊推理及模糊判決 ...................................... 31 本章小結(jié) ...................................................... 31 第 4 章無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 ................................. 32 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 IV 第 5 章無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................... 39 5． 1調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ............................................. 39 5． 2本章小結(jié) ..............................