基于Matlab无刷直流电机控制系统设计与仿真开题报告

1、. 山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 基于matlab无刷直流电机控制系统的设计与仿真专 题 matlab仿真学 院 名 称 信息与电气工程电学院 专业班级 电气工程及其自动化08-3班 学生姓名 滕飞 学 号 200801100326 指 导 教 师 宋保业 填表时间： 年 月 日计（论文）题目基于mtalab无刷直流电机控制系统的设计与仿真设计（论文）类型（划“”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它 一、本课题的研究目的和意义无刷直流电机(bru shlessdcmotor，以下简称bldc)是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。以其

2、体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点，同时还保留了普通直流电动机优良的机械特性，广泛应用于光驱、智能机器人、电动交通工具等领域。随着无刷直流电机应用领域的不断扩大，要求控制系统设计 简易、成本低廉、控制算法合理、开发周期短。建立无刷直流电机控制系统的仿真模型，可以有效的节省控制系统设计时间，及时验证施加于系统的控制算法，观察系统的控制输出；同时可以充分利用计算机仿真的优越性，人为地改变系统的结构 、加入不同的扰动和参数变化，以便考察系统在不同结构和不同工况下的动、静态特性。永磁直流无刷电动机具有效率高、功率密度大、转动惯量小、调速性能好等一系列优点，己经在工业、交通、航空航天、军工

3、、伺服控制领域以及家用电器领域得到广泛应用，虽然我国和国外在电机制造技术方面的差距不大，但是控制系统的研究和开发却需要加大力度。从另外一个角度来讲，我国的稀土资源特别丰富，占世界总储量的75%，发展直流无刷电动机产业对发展我国的经济有特殊的意义。二、本课题的主要研究内容（提纲）1、无刷直流电机数学模型的建立2、无刷直流电机各控制模块数学模型的建立3、选取有效方案详细论述并对选取的方案用matlab建立仿真模型并进行仿真实验4、由仿真结果分析所选方案的特点，适用条件三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）永磁无刷直流电机的国内外研究概况20世纪七十年代以来，随着电力半导体工业的飞速发展，许多新型

4、的全控型半导体功率器件如gtr、mosfet、igbt等相继问世，加上新型高磁能积永 磁材料陆续出现均为无刷直流电动机的广泛应用奠定了坚实的基础，随着电机本体及其相关技术的迅速发展，新型电机不断涌现。“无刷直流电动机”的概念己由最 初“特指”具有特定电子换向的直流电动机发展到“泛指”一切具备有刷直流电动机外部特性且没有电刷的永磁直流电动机。无刷直流电动机系统按其绕组反电势 bemf的波形和电流的波形可分为两大类:方波无刷直流电动机和正弦波无刷直流电动机。可以获得更好的节能效果和节省材料，目前日本90%以上的空调器采用永磁无刷直流电机替代异步电机变频调速，我国空调制造厂也开始采用永磁无刷直流电机

5、。对于今后永磁无刷直流电机的发展，会上也有专业人士表示，为了尽可能提高效率，永磁无刷直流电机永磁体采用烧结钕铁硼。我国具有丰富的钕铁硼永磁材料资源，有数据表明，2005年全球钕铁硼永磁材料产量将达到2.3万吨，我国生产1.4万吨，预计2010年全球产量可达到9万吨，我国将生产5万吨。此 外，我国永磁无刷直流电机领域近几年还出现了专门用于电机控制的高性能、低价位的数字信号处理器dsp，集成电路和计算机技术快速发展，这为永磁无刷直流电机应用提供了坚实的基础。因此，空调、洗衣机、电冰箱等家电将可能越来越多采用永磁无刷直流电机。专家们同时也指出，由于我国使用的精密永磁交流伺服驱动控制系统绝大部分依赖进

6、口，据不完全统计，每年进口费用需2亿美元左右，这已经阻碍了永磁无刷直流电机在我国的应用发展，永磁无刷直流电机要想普及亟待解决的问题并不少，还无法很快替代现有产品。自上世纪末起，逐渐形成bldcm的研究热潮，针对其存在转矩波动的问题，各国纷纷推出了自己最新科研成果。其中美国的专家研制出一种新型的bldcm, 其转子跟普通的bldcm一样，而其定子却和普通的有刷直流机的转子极为相似，并能以转子位置传感器及逻辑开关电路，使定子绕组依次换向。其优点为大大减 少了转矩波动，可在较大范围内自然换向，充分提高了电机体积的利用率。此外还有人利用定子电流谐波的最优权重的设计方法，通过电流调节器等装置有效减少了

7、电磁转矩及齿槽引起的转矩波动。英国研究人员研制成功了无齿槽的bldcm,其主要作用也是减少转矩波动，提高电机效率。针对位里传感器的改善，美国人最 近研制出一种混合观测装，通过固定于定子上的霍尔元件获得信号监测转子位置。以此代替价格不菲的光学编码器，大大降低了电机成本，且提高了监测精度，可谓 物美价廉。四、 拟解决的关键问题本设计过程中主要解决以下几个问题：1、.无刷直流电机的控制系统调节的方式2、无刷直流电机数学模型的建立3、无刷直流电机各控制模块数学模型的建立4、选取有效方案详细论述并对选取的方案用matlab建立仿真模型并进行仿真实验5、给出仿真结果的波形，并对所得波形加以分析，最后综合各

8、种影响因素作出结论。五、 研究思路和方法首先，介绍无刷直流电机的工作原理以及各种各控制模块的控制原理，并通过具体的数学模型形象的表现出来。其次，对各控制模块的数学模型进行详细的分析，得出精确的数据，并应用到实际中最后，进行基于matlab的仿真分析，建立无刷直流电机统一模型，给出仿真图及主要结论。最后根据仿真结果提出直流无刷电机控制系统的优化方案，待解决的问题和展望。六、 本课题的进度安排1-2周：复习如“matlab实用手册”、“电力系统暂态分析”、“电力系统稳态分析”“电力系统继电保护”“电机学”；3-5周：毕业实习并查阅相关资料，了解无刷直流电机控制系统的调节方案；6-9周：确定无刷直流

9、电机控制模块改善方案并加以详细论述建立数学模型；10-11周：基于mltalb绘出仿真的波形图并且加以分析；12-14周：综合考虑各种因素，更改参数深入仿真比较，得出较全面的结论；15-16周：编写毕业设计技术文件：说明书和图纸；准备答辩，对设计内容进行总结。七、 参考文献 1 袁锴，汤炳新 基于matlab的电机调速系统的设计 河海大学常州分校学报，2004 vol.18 no.22 谭家杰 微型直流电机调速系统设计与仿真 衡阳师范学院学报，2004 vol.25 no.63 包向华，章跃进 基于simulink的永磁无刷直流电机及控制系统的建模与仿真 电气传动自动化，2005 vol.27 no.44 刘刚，王志强，房建成 永磁无刷直流电机控制技术与应用m. 北京：机械工业出版社，2008 5 鲁宗峰，张春喜，李国辉，孙雷 无刷直流电机控制系统的研究 黑龙江水专学报，2005 vol.32 no.4 6 高学鹏 非线性直流电机仿真模型系统的建立 系统仿真学报，2001 vol.13 no.01