基于MATLAB的无刷直流电机

附件3南阳理工学院毕业设计（论文）开题报告电子与电气工程系系电气工程及其自动化专业课题名称：基于MATLAB的无刷直流电机控制系统设计学生姓名：张晓琴学号：97107005扌旨导教师：卢峥报告日期：2010年12月1日本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状综述随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等血多领域密切相关，己逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科，它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。（1）、本课题主要涉及问题：无刷直流电机是虽着电机控制技术，电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机，它的最大特点就是以电子换向线路替代了由换向器和电刷组成的机械式换向结构。无刷直流电机既克服了一般直流电机由于机械换向带来的缺点，又保持了一般直流电机调速方便的特点。（2）在国内的发展趋势：国内目前的飞机电动机基本上都采用以纯硬件构建的有刷直流电动机驱动控制系统，如各种国产的无人机均采用纯硬件电路控制直流电动机驱动舵面，大大制约了飞机电动机舵机的系统综合性能。随着无刷直流电动机在各个领域的广泛应用，其优越的性能和可靠得到充分的体现，再加上十年新一代微处理器DSP控制器的迅猛发展，基于MATLAB无刷直流电动机驱动控制系统的研究逐渐热点，国内已有不少研究单位和生产厂家开始这方面的研究工作。但在航空航天领域，特别是在舵机电驱动控制方面还是鲜见的。（3）在国外的发展趋势：国外目前多种高性能作战飞机如直升机，歼击机，无人机等的飞控舵机电驱动控制系统正在由无刷直流电动机逐步取代传统的有刷直流电动机，如美国的“捕食者”，“全球鹰”无人机以及法国的“美洲豹”等。其驱动控制系统的微处理器主控单元也正在由传统单片机向数字信号处理器（DSP控制器）过度。2.本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析为确定基于MATLAB的无刷直流电动机控制系统的设计方案，首先参与设计了由纯硬件的舵用永磁无刷直流电动机驱动控制系统原理样机，并对纯硬件原理样机进行试验测试。（1）任务要求主要包括：1）原理样机总体设计方案：确定原理样机的总体设计实现方案，包括系统执行电动机方案，控制策略，驱动方式等的确定；2）原理样机电路图的设计与实现：根据确定的原理样机设计方案选择合适的控制芯片，驱动芯片等元器件，完成电路原理图的设计，并验证电路的可行性。3）原理样机的试验测试：对原理样机进行各种功能及性能指标的试验测试，为后阶段基于MATLAB永磁无刷直流电动机控制系统的设计实现奠定了基础。（2）可行性分析：1）研究的必要性：无刷直流电机体积小、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，广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域，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。2）设计原理可行性：建立无刷直流电机控制系统的可视化仿真模型，可以有效的节省控制系统的设计时间，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，人为地加入不同的扰动和参数变化，以便考察系统在不同工况下的动、静态特性。3）知识能力的可行性：通过平时所掌握的软件仿真能力和实际的专业，近几年的大学学习使得我掌握电力电子基本知识，培养扎实了软硬件设计能力，运用所学相关专业知识解决检测与控制领域相关问题。4）实验条件的可行性：学院具备该方面的实验室与试验测试设备，毕业设计试验器件，并且在老师的精心指导下，按照研究课题设计要求经过设计、调试与测试分析，一定能够按计划完成研究任务的系统设计指标的要求，理论与实际相结合起来本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路（1）、关键问题（包含系统设计指标）：1）利用MATLAB软件作为一个仿真平台；2）独立完成系统的软件设计，及系统的调试工作；3）弥补反电动势过零点检测方法和换相点检测方法中存在的不足；4）无刷直流电机控制系统中的换相转矩脉动问题。（2）、主要功能模块：1）系统电源模块。2）系统核心控制功能模块：利用PWM控制，通过改变控制器的算法，可以方便地实现和验证控制算法。（3）、解决思路：深入分析无刷直流电机采用电角度导通，PWM调制方法下，通过定子外接并联电阻网络的中性点（虚拟中性点）相对直流母线中的电压信号（虚拟中性点信号）获取转子位置信息；对虚拟中性点信号中直流分量的产生作深入的理论分析，并对理论的结果通过仿真分析。⑴针对反电动势过零点检测方法和换相点检测方法中存在的不足，分别提出“延迟90°-a换相”和“超前60°-Y换相”的方法。（2）分析造成换相转矩脉动的原因，通过理论推导，创造性地给出抑制换相转矩脉动的方法,并利用计算机仿真手段及实验对这种换相转矩脉动抑制方法进行验证。完成本课题所必须的工作条件（如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等）及解决的办法（1）南阳理工学院电力电力技术实验室（2）技术支持：源动力电子网。（3）主要参考文献：1）张晨.直流无刷电动机原理及应用.北京.机械工业出版社出版.20012）邓冰.范军民.无刷直流电机控制系统仿真.集聚氨基仿真.20013）陶桂林.马志云.周立兵.永磁无刷直流电机的建模与仿真.华中科技大学出版社.2003（4）英文资料翻译及其它要求：1）翻译相关英文资料5000字2）撰写毕业设计论文45000字5.完成本课题的工作方案及进度计划第一阶段:下达任务，熟悉要求，查找资料1-4周第二阶段:建立模型。5-7周第三阶段:进行计算机仿真与调试。8-13周第四阶段:撰写论文。14-15周第五阶段:答辩16周6・指导教师审阅意见指导教师（签字）：年_月_日7.系毕业设计（论文）工作领导小组评审意见领导小组组长（签字）：系（签章）年—月」说明：本报告必须由承担毕业设计（论文）课题任务的学生在