基于ARM的模糊PID控制器在直流调速中的应用

论文摘要

直流电动机由于具有良好的调速特性,宽广的调速范围,在某些要求调速的地方,特别是对调速性能指标要求较高的场合,如轧钢机、龙门刨床、高精度机床、电动汽车等中,得到了广泛地应用。国外这类调速系统的价格高,而国内的同类产品性能指标不够稳定,因此设计一个性能价格比较高的直流调速系统,对工业生产具有重要的现实意义。本文采用ARM S3C2410为控制芯片,以模糊PID为智能控制方法,设计了基于实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的直流电机调速系统。首先对模糊控制及嵌入式系统作了简单介绍,构建了模糊PID控制的直流电机调速系统模型,并在MATLAB环境下,对设计模型进行了仿真,在仿真的基础上设计了控制系统硬、软件,主要包括MOSFET驱动、光电隔离、键盘显示、转速测量、H桥可逆控制部分等,并将嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ移植到该系统中,实现了对直流电机的良好调速性能。控制系统硬件实现模块化设计,线路简单,可靠性高。软件设计采用可读性强的C语言,自底层向上层的原则设计,程序逻辑性强、易于修改维护。以ARM为核心的控制系统,结构简单,抗干扰能力强,性价比高。仿真和试验表明:基于模糊PID智能控制的直流电机调速方法是可行的,有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 直流电机调速方法
• 1.1.2 直流调速系统发展
• 1.1.3 直流调速控制系统国内外现状
• 1.2 模糊控制技术发展
• 1.3 嵌入式系统发展现状
• 1.3.1 嵌入式控制器发展
• 1.3.2 嵌入式系统发展
• 1.4 本文研究的意义及主要内容
• 1.4.1 本文研究的主要意义
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 第二章 模糊PID控制直流电机调速系统设计与仿真
• 2.1 模糊控制器的基本结构和组成
• 2.1.1 输入量模糊化
• 2.1.2 知识库
• 2.1.3 模糊推理
• 2.1.4 清晰化
• 2.2 模糊PID控制器设计
• 2.2.1 传统PID控制控制技术
• 2.2.2 模糊PID控制器结构
• 2.2.3 模糊PID控制器隶属度函数选择
• 2.2.4 模糊PID规则表
• 2.3 直流电机模型设计
• 2.3.1 直流电机电枢回路平衡方程
• 2.3.2 电机电磁转矩方程
• 2.3.3 直流电机轴上的转矩平衡方程
• 2.3.4 直流电机Simulink仿真模型
• 2.4 直流电机模糊PID闭环控制系统的仿真
• 2.4.1 转速环设计（图2.14A部分）
• 2.4.2 电流环设计（图2.14B部分）
• 2.5 直流电机模糊PID闭环控制系统的仿真结果及分析
• 第三章 系统硬件设计与实现
• 3.1 直流电机调速系统电源
• 3.1.1 直流电机供电电源
• 3.1.2 驱动芯片电源
• 3.2 H桥驱动、隔离电路
• 3.2.1 IR2110—MOSFET驱动电路
• 3.2.2 MOSFET驱动与ARM之间光电隔离
• 3.3 转速测量
• 3.4 ARM S3C2410控制器硬件电路
• 3.4.1 ARM电源及晶振
• 3.4.2 ARM存储器电路
• 3.4.3 ARM JTAG仿真接口
• 3.4.4 ARM键盘显示
• 第四章 系统软件设计与实现
• 4.1 键盘显示驱动程序
• 4.2 AD转换
• 4.3 模糊PID控制器程序设计
• 4.3.1 确定模糊PID各输入输出变量及其模糊化值
• 4.3.2 确定模糊PID控制规则
• 4.3.3 模糊推理与清晰化
• 4.3.4 模糊PID程序设计
• 4.4 带死区PWM
• 4.5 μC/OS-Ⅱ系统程序设计
• 4.5.1 μC/OS-Ⅱ简介
• 4.5.2 μC/OS-Ⅱ特点
• 4.5.3 μC/OS-Ⅱ软件体系结构
• 4.5.4 μC/OS-Ⅱ移植
• 4.6 系统整体软件设计与实现
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 对以后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果