拟选题目

永磁无刷直流电动机控制系统设计

选题依据及研究意义

一个多世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。电机的主要类型有：直流电机、感应电机和同步电机。传统的直流电机因具有非常优秀的线性机械特性，较宽的调速范围，良好的启动性以及简单的控制电路等优点，长期以来一直广泛地在各种驱动装置和伺服系统中。

无刷直流电机具有以下优点：

1）低噪声：因为没有了机械电刷或滑环式电刷，无刷直流电机消除了除支承、连接以及负载以外的机械噪声 ：

2）高效率：无刷直流电机是目前电机中最高效率的一种电机，这要归功于其利用永磁体长生的恒定、持续的磁场的缘故。在合适的操作条件下永磁无刷直流电机的永磁体具有非常小的去磁系数：

3）无励磁需要：如上所述，无刷直流电机利用永磁体产生恒定磁场，省去了传统电机的电励磁部分：

4）易维护、寿命长：消除了机械电刷和换相器的无刷直流电机比传统直流电机构造简单，更易维护，而且电机寿命更长：

5）控制结构简单：无刷直流电机的转矩正比于电机电流，反馈装置简单，不需要采用绝对位置编码器或旋转变压器，因此较之交流电机更易于控制。正式因为这个原因，目前已有很多半导体厂家生产了适合无刷直流电机控制需要的专用集成电路控制芯片：

目前，无刷直流电机的应用越来越普遍，国内近年来在无刷直流电机的设计和控制方面有很多的研究，但与国外成熟的产品化相比还有很多地方只得提高。如何在无刷直流电机方面做出积极的研究是很有现实意义的。

文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价）

　有刷直流电动机作为最早的电动机广泛应用于工农业生产的各个领域，由于其宽阔而平滑的优良调速性能，在需要调速的应用领域占有重要地位，但机械换相装置的存在，限制了其发展和应用范围。直流电动机的机械电刷和换向器因强迫性接触，造成其结构复杂、可靠性差、火花、噪声等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能。科学技术的飞速发展，带来了半导体技术的飞跃，开关型晶体管的研制成功为创造新型的无刷直流电动机带来生机。 “无刷直流电机”的概念已有最初的具有电子换相器的直流电机发展到泛指一切具有传统直流电机外部特性的电子换相电机。现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成为新一代的电动调速系统。无刷直流电机具有最优越的调速性能，主要表现在：调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性能好（起动转矩大，起动电流小），运行平稳，噪音低，效率高，应用场合从工业到民用极其广泛。如电动自行车、电动汽车、电梯、抽油烟机、豆浆机、小型清污机、数控机床、机器人等。由于无刷直流电机具有这些优点，因此在2004年的国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机取代这一发展趋势。我国目前是世界最大的永磁体（生产无刷电机的主要原材料）生产供应基地，中国还将要成为全球最大的无刷电机生产国。随着汽车工业的快速发展，车用小功率电机的需求增长带动了以永磁无刷直流电机为主体的车用小功率电机的兴起，我国正在成为世界电动汽车制造业的主要供应用。

研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等）

本课题以永磁方波无刷直流电机（BLDCM)为控制对象，设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。该系统基于单片机的数字化直流无刷电机无传感器控制系统，主要围绕无位置传感器无刷直流电机(BLDCM)控制系统设计中的几个关键技术—位置检测、起动和控制方法进行了深入的研究，对无位置传感器无刷直流电机运行方式进行了全面的分析。利用当前先进的数字技术和现代控制理论，在强干扰环境中精确检测转子位置，提高可靠性，降低成本。其研究内容包括以下几部分:    

1.研究无刷直流电机的工作原理及各种控制方法。重点研究利用反电动势检测电机转子位置信号的方法。    

2.完成控制系统的硬件电路设计。这其中包括MCU及其外围电路、EMI滤波和整流电路、IPM逆变电路、反电动势检测电路等部分。   

3.PWM调制方式对系统的影响。  

4..电机静止启动方法的研究。    

5..电机闭环控制方法的研究。    

6..根据系统功能要求，编写控制系统的软件程序。    

7..对控制系统进行软硬件调试，分析实验得出的结果，验证控制系统方案的正确性。    

8..根据实验结果，探讨系统的不足之处以及实际应用中可能遇到的问题。

研究进程安排

　  　1、查阅文献及外文翻译           （1到4周）

　　　2、撰写开题报告                 (5到6周)

　　　3、设计系统框图                （7到8周）

　　　4、控制电路设计                （8到9周）

　　　5、软件设计     （9到10周）

　　　6、撰写毕业设计说明书          （10到11周）

　　　7、准备毕业答辩、教师阅卷      （11到12周）

　　　8、毕业答辩                    （13周）

主要参阅文献 

[1] 张琛.直流无刷电机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，1996

[2] 龙驹，舒欣梅.永磁无刷直流电动机转速控制系统的优化设计[M]. 成都:西南交通大学出版社, 2005.

[3] 汤兵勇.模糊控制理论与应用技术[M].清华大学出版社，2002

[4] 张曼若.无刷直流电动机的发展与应用[J].微电机,1995,28(1):23-25

[5] 纪志成，沈艳霞，姜建国.一种新型的无刷直流电机调速系统的模糊PI智能控制[J]. 电机与控制学报, 2003,7(3):248-254

[6] 李卓，萧德云，何世忠.基于Fuzzy 推理的自调整PID控制器[J]. 控制理论与应用, 1997,14(2):238-243

[7] 胡寿松.自动控制原理[M].科学出版社，2001

[8] 陈桂明.应用MATLAB建模与仿真[M].北京：科学出版社，2001

[9] 张国良.模糊控制及其Matlab应用[M].西安交通大学出版社，2002

[10] 黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真[M].北京：国防工业出版社，2001

[11] 贝文诚，钟晓兵，李文.模糊控制在无刷直流电机转速控制中的应用[J].中国计量，2002（9）：37-38 

其它说明

指导教师意见

签名：              

:

年    月    日

教研室意见

签名：               

年    月   日

说明：

1.开题报告工作从第七学期学生确定毕业设计（论文）题目后开始，在教师指导下，学生通过调研、收资后，于第八学期第四周前完成。

2.纸张填写不够可另加附页。