无刷直流电机的控制研究_开题报告

A. 文献综述

一、无刷直流电机的控制研究背景和意义

自有刷直流电机出现以来，由于其优良的转矩控制特性，最早应用于工农业生产领域，在运动控制领域中占据主导地位。但是，机械换向问题一直是有刷直流电机的一个弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电机的机械换向装置，人们进行了长期的搜索。无刷直流电机应运而生。无刷直流电机因其高效率、长寿命、低噪声及良好的机械特性等优点,在航空、军事、汽车、办公自动化、家用电器等行业内得到了广泛的应用。

无刷直流电机的控制研究意义，目前无刷直流电机的发展还没有很完善，许多问题更待解决。如无刷直流电机一般采用三相六状态120°导通方式,需要位置传感器在一个电周期内检测到六个关键的转子位置信号以便对三相绕组进行换相控制。然而,位置传感器增大了电机的成本和体积,易受外界信号干扰,降低了系统的可靠性，需要研究无位置传感器的无刷直流电机以使其应用在更加广泛的领域。研究无刷直流电机转矩波动抑制方法可以有效的解决传统控制方法下的无刷直流电机存在较大的转矩脉动，解放由于转矩脉冲过大导致其发展的局限性。由于永磁体激磁磁场不可调节,极大的限制了其在有恒功率、宽速度范围运行要求的车辆电驱动技术中的应用，需要研究弱磁调速技术来释放电机的应用范围。

二、国内发展现状

在我国国内，无刷直流电机的发展时间相当短暂，最早我国开始接触无刷直流电机的研制工作在二十世纪70年代初期，当时的研究还主要集中在一些科研院所和高等院校，在社会上的应用也相当有限，主要为我国自行研制的军事装备和宇航技术发展而配套。经过多年的发展，虽然在新产品开发方面缩短了与国际先进水平的差距，但是由于无刷电机产品是综合了电机、微电子、控制、计算机等技术于一身的高科技产品，受到了我国基础工业落后的制约，因此无论从产量、品种、质量、及应用上与国际先进水平差距甚大。我国目前是世界上最大的永磁体生产供应基地，中国还将会成为全球最大的无刷直流电机生产国。但是我国在无刷直流电机产业的发展过程中出现了不少的问题。主要问题有：1. 可供选择的电子元器件太少，尤其是专用集成模块，严重影响新产品的开发和规模化生产，而且可靠性差，价格高，难以满足实际生产需要。2.科研和生产设备陈旧，尤其是大规模生产手段缺乏，难以保证产品质量一致性，生产效率低下，增加生产成本。3.缺乏有效的应用研究，新产品的开发没有针对性，研究和使用脱节，只追求成果水平，忽略了零部件的国产化，阻碍成果的转化。4.国产的原材料及零部件质次价高，如无刷电机的关键磁性材料、铁氧体磁铁和稀土磁钢均无法满足需要，检测转子位置用的传感器水平也很差。5.大规模应用市场还未形成，由于无刷电机主要应用在高档的精密设备和仪器中，而这些产品目前我国还处于开发当中，即使有小批量生产，任然是随整机从国外进口组装，国产化任刚刚起步，难以在短时间内完成，缺乏大批量的需求，对电机制造业决定进行大规模的技术改造是很困难的选择。6.无刷直流电机属于精密微特电机之列，需要较多精密加工设备和测试设备，投资量大，一般企业难以承受，严重影响企业的技术改造。虽然目前我国国内无刷电机的发展问题还有很多，但是发展前景是美好的，随着各大制造商纷纷在我国国内选点办厂给了我们带来引进技术和资金的绝佳机会。而且随着无刷电机的应用市场不断发展，对无刷电机的需求量会急剧增加，从而更进一步的促进我国国内无刷电机的开发和生产。

三、国外发展现状

在国外，早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。1955年美国的D.Harrison等首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机的机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电机的诞生。

1962年霍尔元件来实现换向的无刷直流电机问世。80年代后，微电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上结合产生了高频化全控型器件，从而使电力电子技术的发展进入了一个新的阶段，新的电力电子器件使电路的控制性能大为改善，使以前那已实现的功能也得以实现。作为典型的数字随动控制系统的执行器,无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点,又具有直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点,故在许多高科技领域得到了非常广泛的应用,如机器人、数控机床、雷达、潜艇和各种军用武器随动系统。由于无刷直流电机的应用前景广阔，各国都加快了对无刷直流电机新产品开发的速度和占领市场的力度，尤其是美国和日本以及西方国家具有较为先进的无刷直流电机制造和控制技术。

目前国内外对无刷直流电机的主要研究方向有以下几种：1.研究无位置传感器控制技术，永磁无刷直流电机因具有结构简单、运行效率高、控制简单和维护方便等优点而得到了广泛应用。传统的无刷直流电机一般采用三相六状态120°导通方式,需要位置传感器在一个电周期内检测到六个关键的转子位置信号以便对三相绕组进行换相控制。然而,位置传感器增大了电机的成本和体积,易受外界信号干扰,降低了系统的可靠性,因此对无位置传感器无刷直流电机控制技术的研究具有重要的理论意义和实用价值。2.研究无刷直流电机转矩波动抑制方法，传统控制方法下的无刷直流电机存在较大的转矩脉动是制约其发展的关键因素。造成转矩脉动的原因主要有:齿槽转矩脉动及换相转矩脉动。其中,换相过程造成的转矩脉动占主要部分。在一般情况下,换相过程产生的转矩脉动为额定转矩的20%-25%,严重时会到50%以上。3.永磁无刷直流电机弱磁技术研究，由于城市交通日益拥挤以及环境污染的日益严重,地铁、城市轻轨以及电动车辆近年来发展迅速,车辆电驱动技术也因而越来越引人瞩目。其中永磁电机以其功率密度高、无电刷等优点倍受关注。但由于永磁体激磁磁场不可调节,极大的限制了其在有恒功率、宽速度范围运行要求的车辆电驱动技术中的应用,但也引起了研究者的高度重视。近年来关于永磁同步电机的恒功率弱磁研究取得了长足进展,但较永磁同步电机具有更大功率密度的永磁无刷直流电机的弱磁研究还相当匮乏,亟待深入。

B. ^范文提纲格式

目 录

摘   要………………………………………………………………………………I

ABSTRACT…………………………………………………………………………II

目   录 ……………………………………………………………………………III

第一章  绪论

1．1  无刷直流电机控制研究的意义

1．2  无刷直流电机的本体 

      1．2．1  基本组成环节 

      1．2．2  基本工作原理 

1．3  无刷直流电机的控制研究方向

      1．3．1  无位置传感器无刷直流电机控制技术 

      1．3．2  无刷直流电机转矩波动抑制方法 

      1．3．3  永磁无刷直流电机弱磁调速技术 

1．4  本文研究的内容

                                

第二章  无位置传感器无刷直流电机控制技术  

2．1  引言

2．2  概述 

2．3  无位置传感器无刷直流电机控制策略 

     2．3．1  反电动势控制 

     2．3．2  磁链法控制 

     2．3．3  电磁法控制 

2．4  本章小结

                                

第三章  无刷直流电机的换向转矩波动抑制  

3．1  引言 

3．2  概述 

3．3  换相转矩波动的抑制策略 

     3．3．1  恒频三相电流滞环跟踪控制 

     3．3．2  模糊PI自适应控制 

     3．3．3  PWM控制策略以降低无刷直流电动机的转矩波动 

3．4  本章小结 

                                

第四章  永磁无刷直流电机弱磁调速技术

4．1  引言 

4．2  概述 

4．3  无刷直流电机弱磁调速策略 

     4．3．1  复励式弱磁控制 

     4．3．2  相电流超前导通控制 

4．4  本章小结 

C. 参考文献

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