无刷直流电机控制系统设计开题报告

无刷直流电机控制系统设计开题报告 中国矿业大学信息与电气学院 毕业设计 (论文)开题报告 设计(论文)名称: 无刷直流电机控制系统设计 毕业设计起止时间: 2013年2月25日,6月21日(共17周) 学生姓名: 赵正雄 学 号:04091908 专 业: 电气工程与自动化 教学班级: 电气09-7 指导教师: 胡泳军 报告日期: 2013年3月26日 填 写 要 求 1、 开题报告作为毕业设计(论文)工作领导小组审查学生能否承担该毕业设计(论 文)课题、是否按时完成工作进度和能否具有答辩资格的依据之一，并接受 学校检查。 2、 本报告应在毕业设计(论文)指导教师指导下，由学生本人独立撰写，并于第九 学期前三周内完成。 3、 学生须在小组内进行报告，并进行讨论。 4、 本报告内容必须按统一设计的电子文档标准格式打印，经指导教师签署意见及系 部审查后生效。 5、 学生查阅资料的参考文献应不少于8篇(不包括词典、手册)。 6、 有关年月日等日期的填写，应按照国标GB/T7408-94《数据元和交换格式、信息 交换、日期和时间示法》规定，一律用阿拉伯数字书写(如“2012年3月26 日”或“2012-3-26”)。 1、本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势: 研究意义: 直流有刷电动机采用电刷以机械方法进行换向，因此带来了噪声、火花、无线电干扰、寿命短等弱点，限制了此类电机的应用范围。直流无刷电动机具有交流电动机 结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点。无刷电机的这些特点使其在计算机外围设备、办公自动化设备、家电、汽车、医疗设备等领域有广阔的应用前景和研究价值。新型功率器件如MOSFET、IGBT、IPM等的迅速发展，更为直流无刷电动机的控制奠定了 [1]坚实基础。 无刷电机的驱动电流有两种，一种是梯形波(一般是“方波”)，另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的一种。 优点如下: 最大特点:没有换向器(俗称整流子)和电刷组成的机械接触结构。因此无刷直流电机:?没有换向火花;?寿命长;?运行可靠;?维护简便;?转速不受机械换 [2][7]向的限制。 国内外现状、水平、发展趋势: 现阶段国内外主流的控制方法为: 1.霍尔传感器感应 采用三个霍尔器件(圆周空间配置有两个:相互间隔60?或相互间隔120?)，转子每旋转60?(120?)电度角，就有一个霍尔器件改变其状态，逆变器内与之相对应的某一相的开关状态也将更新变化一次，这样开关状态变化六次(或称六步)就完成一个电气周转，霍尔器件输出响应的“0”和“1”两种状态的方波，从而判断转子绕组的位置。 2.无转子位置传感器 ?反电动势过零点法 ?反电动势3次谐波法 ?续流二极管导通检测方法 ?固定电压的检测方法 [3][4] ?预测反电动势过零点的方法 在我国,无刷直流电机的发展时间较短,但随着技术的日益成熟与完善也得到了迅猛的发展。我国直流无刷电机的研制工作始于二十世纪70年代初期,主要集中在一些科研院所和高等院校。限于我国元器件水平及相关理论与实践相结合的程度还比较低,尤其是制造工艺和加工设备距离国际水准差距较大,所以目前我国无刷电机综合水平仍低于国际水平,有待进一步的研究和开发. 当今,世界对无刷直流电机的研究热点主要集中在以下三个方面: ?从电机设计和控制策略等方面出发,研究无刷直流电机转矩波动抑制方法,提高其伺服精度,扩大其应用范围; ?设计可靠、小巧、通用性强的集成化无刷直流电机控制器; ?研究无位置传感器控制技术以提高系统的可靠性,并进一步缩小电机控制系统的尺寸与重量。 2、本课题的研究内容及方案: 整体方案: (1) 分析比较各类电机使用情况、优缺点，分析并设计总体方案; (2) 设计控制器中的硬件电路, 包括各类短路限流保护，并根据设计要求,采用再 [5]生制动实现了电机制动控制; (3) 设计基于89C51的PID控制器,编写相应程序,用Proteus或Matlab进行模拟仿真; (4) 以电动自行车控制器为例，比较“博世”“高标”“晶汇”三家控制器优缺点做出相应Benchmark。 1.仿真部分: 通过对电机驱动控制系统发展及现状的分析，以无刷直流电机为控制对象，提出一种以AT89C51单片机为核心完成控制无刷直流电机的启停、速度和方向，完成相应仿真指标。在系统中,采用了PWM技术对电机进行控制,通过对占空比的计算达到精确调速的目的。 AT89C5是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器,PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器,RAM),期间采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器9(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89C51单片机可灵活应用于 [6]各种控制领域。 电流传感器 控制器 电源 功率驱动 逆变桥 无刷直流电机 位置传感器 系统总体方案框图 2.硬件实物: [8]手工进行贴片焊接，完成以英飞凌XC866为核心，通过控制相应管脚输入电平状 态从而控制电机启停、电刹、防盗、巡航、限速等多种功能，并进行原理分析。 3、毕业设计(论文)工作计划及进度安排: 2013.2.25-2013.3.25 资料收集，选择焊接材料，撰写开题报告。 2013.3.25-2013.4.25 编写程序，完成模拟仿真、实物焊接。 2013.4.25-2013.5.20 初稿修改。 2013.5.20-2013.6.10 定稿，准备答辩。 参考文献: [1] 许宇翔(基于DSP的直流无刷电机控制器的研究[J] (福建电脑，2010第5期 [2] 刘刚，王志强，房建成 (永磁无刷直流电机控制技术与应用,,,(机械工业出版社，2008 [3] 叶金虎 (现代无刷直流永磁电动机的原理和设计,,,(科学出版社，2007 [4] Peter B. Schmidt Michael L . Gasperi Glen Ray (Initial Rotor Angle Detection Of Non-Salient Pole Permanent Magnet Synchronous Machine [C](IEEE Industry Applications Society Annual Meeting New Orleans, Louisiana, October 5-9,1997 [5] 贡俊，陆国林.无刷直流电机在工业中的应用前景和发展[J].微特电机，2000(5):14-17. [6] 胡汉才(单片机原理及其接口技术[M] (清华大学出版社，2010-05 [7]詹瑜坤(直流无刷电机原理及其数字化控制发展方向[M] (中国科技信息，2012年第22期 [8]王洋，朱文(基于XC866的无刷直流电机驱动器(重庆理工大学学报(自然科学)，2010-12 4、指导教师审查意见(对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测): 指导教师(签名): 年 月 日 5、系部审查意见: 系部负责人(签名): 年 月 日