【摘 要】
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有限转角电机系统具有时变、非线性等特点,同时不易于建立匹配度高的电机模型,因此采用传统PID策略控制有限转角电机时难以达到最优控制效果,其响应速度慢、控制精度低、跟随性较差且通常会出现超调。为此,本文设计了一款基于FPGA的数字化有限转角电机先进PID控制系统,从控制策略和开发方案两个方面提升控制性能,进一步推进有限转角电机智能化控制的发展。主要研究工作包括:1、通过simulink搭建起有限转角
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有限转角电机系统具有时变、非线性等特点,同时不易于建立匹配度高的电机模型,因此采用传统PID策略控制有限转角电机时难以达到最优控制效果,其响应速度慢、控制精度低、跟随性较差且通常会出现超调。为此,本文设计了一款基于FPGA的数字化有限转角电机先进PID控制系统,从控制策略和开发方案两个方面提升控制性能,进一步推进有限转角电机智能化控制的发展。主要研究工作包括:1、通过simulink搭建起有限转角电机本体模型,引入神经网络算法设计了“神经网络+传统PID”的先进PID控制器。与传统PID控制器进行静态、动态响应对比仿真分析实验,结果表明先进PID控制器解决了传统PID响应速度慢、控制精度低、跟随性较差等问题,且在控制过程中几乎没有超调,验证了本文先进PID控制的理论可行性。2、基于FPGA开发所提出的先进PID控制系统,并针对FPGA逻辑系统进行系统优化和时序优化。系统优化方面通过一种复用式乘法器电路大幅降低系统的资源需求面积,使系统成功适配到Altera公司的Cycle IV EP4C22F17C8板卡上。时序优化方面通过流水线化操作,使系统在50MHz主频下开发神经网络算法时最小建立时间余量为9.489ns。3、设计了硬件电路。通过集成FPGA芯片、AD器件实现了先进PID控制器FPGA主控板的开发,并搭建实物测试环境对控制系统进行了整机测试。在静态响应中,给定34.65°～43.6°的10Hz阶跃信号指令,其响应时间为14.7ms,超调量为0.13°,可见FPGA控制系统的响应迅速且几乎没有超调。在动态响应中,给定30.62°～60.9°的25Hz正弦信号指令,控制系统最大跟随误差为3.29°,最大滞后时间为6.5ms,证明FPGA控制系统的跟随性良好。上述结果表明,本文设计开发的基于FPGA的先进PID控制系统在静态、动态响应测试中性能良好,满足实际应用中有限转角电机的控制需求。
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