基于ARM的模糊PID控制器在直流调速中的应用

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。

目录

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声明

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2.14 A部分)

2.4.2电流环设计(图2.14 B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