论文总字数：28614字

摘 要

电动自行车拥有诸如节约资源、环境友好、轻巧便捷等优势，是如今比较受欢迎的代步交通工具。电动自行车若在全世界范围内推广，将会对整个世界带来好处，有较大的社会、经济学意义和环境意义。论文引出了课题的背景，并提出了其意义，了解了世界范围内电动自行车的研发现状，并将各国对于电动自行车的各个部件的研发现状进行了阐述。

本文的研究对象是无刷直流电机（BLDC)。在了解BLDC的构成和运行原理后，又介绍了几种在此系统中常用的关键控制策略；而后论述了PI的参数整定策略，又论述了模糊逻辑的的原理和模糊控制在实际中的应用，接着还说明该了该控制器在控制系统所发挥的功能。并与常规PI控制作对照。将两种方法在MATLAB中进行仿真，分析它们的优势和不足。在不同操作条件下如参考速度，参数的变化，改变负载扰动等，研究了基于模糊 PID 控制的无刷直流电机调速控制系统。考虑参数变化、负载扰动等情况，采用比例反馈环节加上干扰前馈补偿的复合控制思想，研究了基于自抗扰控制器的BLDC电机调速系统控制设计与实现，给出了相应的仿真对比分析。

关键词：电动自行车 无刷直流电机 PID控制 模糊控制 自抗扰控制 扩张状态观测器 建模仿真

A preliminary study on the control system of electric bicycle

Abstract

Electric bikes with a serials of superiority such as energy-friendly,clean and eco-friendly, is a new kind of transport. To develop and promote the electric bicycle has a good sense of sociological benefits and economical outlook in our country and around the world. This paper first illustrates the background and importance of the subject, and then describes the domestic and overseas research and blossom of electric power car, and the key parts of the research and development of the key parts of the electric power car.

In this paper, the control system of electrical bicycle based on BLDC motor is studied and designed. The thesis introduces the construction and operating principle of BLDC motor and then focuses on the critical control measures of electric power system. Parameter tuning method of PID controller is introduced. The role of the controller in the operating system based on fuzzy control is introduced. Two methods are simulated in MATLAB and we compare their performances. The performance of fuzzy PI controller based BLDC motor is investigated under different operating conditions such as change in reference speed, parameter variations and load disturbance. At the same time, considering the varieties of interference of BLDC,this paper introduces the design and implement of active disturbances rejection controller, and designs ADRC including a feedback component and feedforward compensation based on extended state observer(ESO). Finally the simulation comparison and analysis are provided.

KEYWORDS: Electric bicycle; BLDC motor; PID; Fuzzy control; ADRC; ESO; Modeling and simulation;

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 项目来源及意义 1

1.2 国内外电动助力车发展状况 1

1.3 电动助力车关键技术 2

1.4 本文内容安排 3

第2章 无刷直流电机结构与工作原理 4

2.1 无刷直流电机结构 4

2.2 无刷直流电机工作原理 4

2.2.2 无刷直流电机的数学模型 5

2.2.3 三相六拍控制 6

2.3 本章小结 7

第3章 无刷直流电机控制策略 9

3.1 无刷直流电机调速系统概述 9

3.1.1 调速原理与PID设计与实现 9

3.1.2 双闭环调速 10

3.2 无刷直流电机调速系统的仿真研究 11

3.2.1 无刷直流电机调速系统仿真图 11

3.2.2 系统模块 11

3.2.3 仿真结果与研究 11

3.3 本章小结 14

第4章 基于模糊PID无刷直流电机控制调速控制方法 15

4.1 模糊控制概况 15

4.1.1 模糊控制发展状况 15

4.1.2 模糊控制器的特点 15

4.1.3 模糊控制器的分类 16

4.2 模糊PID算法设计 17

4.3 仿真结果与分析 19

4.4 本章小结 24

第5章 基于扩张状态观测器的无刷直流电机控制调速控制方法 25

5.1 自抗扰控制器设计 25

5.1.1 自抗扰控制理论 25

5.1.2 扩张状态观测器简介 25

5.1.3 转速环自抗扰控制器的设计 27

5.2 无刷直流电机调速系统的自抗扰控制的仿真分析 29

5.3 本章小结 31

第6章 总结与展望 32

6.1 全文工作总结与课题展望 32

参考文献 34

致谢 36

绪论

项目来源及意义

随着经济与科技的发展，人们愈发地追求快节奏的生活。然而小轿车的急剧增多，反而让人类陷入比较困难的地步，面对越来越堵得交通状况，很多人倾向于选择更轻便，更方便，更小巧的交通工具。如今的社会面临着环境和资源两大难题，汽车排放的废气让环境遭到破坏，石油等能源也遇到匮乏的危机，因此寻求一种环保、资源节约的代步工具成为一种必然的趋势^[1-2]。电动自行车具有资源节约、安全便携、无污染和价格实惠等优势而愈发受到社会的青睐。如今各国都意识到了能源和环境的重要性，再加上有关技术的高速发展，电动自行车在市场上的占有率增加，并日益取代燃油车^[3-4]。

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