浅谈模型车用小型直流电机调速系统的设计_开题报告

一：^范文的背景，目的，意义

  在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，随着对生产工艺、

产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调速的电气传动系统，可分为直流调速和交流调速。由于直流电动机具有优良的调速性能，具有较大的启动转矩和良好的起、制动性能以及在大范围内实现平滑无级调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，因此，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在要求高的起、制动转矩，快速响应和宽速度调节范围的电气传动中，如轧钢，矿山采掘，海洋钻探，金属加工，纺织等场合，仍广泛采用直流电动机作为执行电机的直流调速系统。

   从当前情况看，直流电动机能在大范围内实现精密的速度和位置控制，所以，要求系统性能高的场合都在广泛地使用直流伺服系统。尽管交流伺服系统发展十分迅速，但能否取代直流伺服系统尚难做出定论。因为直流拖动控制系统在理论上和在时间上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动系统的基础，长期以来，直流调速拖动系统具有交流伺服电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，并且性能指标优于交流调速系统，所以直流调速系统一直在调速系统领域内占重要位置。在工程实践中，有许多生产机械要求一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。而直流伺服电机分为有刷直流伺服电机和无刷直流伺服电机，有刷直流伺服电机调速范围宽、具有良好的稳定性，低速时速度的平稳性;具有调速特性硬，能承受频繁的启动、制动和正反转，成本低。对一些普通工业和民用场合他们对成本比较敏感，因此设计能方便进行无级调速且有着良好调速特性、成本低的直流电机调速系统有很重要的意义。

二：待解决的问题

目前在如何获得较高技术经济指标的低成本直流调速系统上仍然存在一些问题，尤其对于一些小功率直流调速系统。首先根据生产工艺的需要，往往对某些生产机械的电力拖动装置提出更高的要求，这样就要求拖动电动机有较硬的静态工作特性，但是开环调速系统的机械特性较软，满足不了较高的调速指标这一要求，为了提高直流调速系统静态特性必须采用闭环控制的调速系统。其次是测速装置，用转速负反馈构成的调速系统采用直流测速发电机。但是直流测速发电机体积比较庞大，只有在大容量场合下使用，并且体积大、成本高。在配备有位置传感器的直流伺服电机的控制场合下，根本没有必要。数字测速元件，通常是由光栅编码器和检测装置组成。对于一些结构紧凑的装置也无法达到要求。能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，即使设备起停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定，通过改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。

本文将针对以上问题设计小功率的单闭环直流调速系统。并深入地分析了控制原理在直流调速系统中的应用。

三：国内外的研究现状，成果

    电机调速控制技术从最初的模拟控制，到以MCU为主的模数混合控制，再到全数字控制的演变，始终与计算机技术的发展紧密相关。早在20世纪70年代，当微处理器技术刚出现不久，国外工业电气传动即开始引入到电机控制技术中。那时，微处理器的品种有限，运算速度慢，在硬件资源上比较匾乏，用其构成的电机控制系统需要辅以大量的外围数字逻辑电路芯片和模拟电路芯片，不但结构复杂，体积较大，抗干扰性能也较差，系统的控制性能难以提高，可靠性也存在问题。这个时期微处理器代表性的产品主要有:Intel公司的8080系列，Freescale公司的MC6800系列。国内在电机控制中采用微处理器始于20世纪80年代初。当时市场上流行一种基于Zlog公司Z80系列微处理器芯片组成的单板计算机，最具代表性的是TP-801。因其价格低廉，所以应用较广，自然为当时正在兴起的电机数字控制系统所采用。

    随着电机应用领域的扩大和延伸，对电机控制的要求也越来越高，因而，完成电机控制的算法也变得越来越复杂了。相应的地，需要处理的数据量也随之而大量地增加，加之控制系统实时性和精度要求也在不断地提高，很显然，通用MCU的处理速度已经满足不了需求了。最近几年以来，随着数字信号处理技术的飞速发展，面对无刷直流电机控制系统的需求日益增加，国内外的各大微处理器制造商纷纷推出了比MCU功能更强大的，专门面向电机控制的DSP芯片。如Microchip公司推出的dsPIC30f系列DSC芯片，这一系列芯片不仅具有16位MCU的高性能的控制功能，还兼备DSP强大的计算和数据吞吐能力。用其进行电机数字控制系统的设计，能够非常方便地组成一个高性能的嵌入式解决方案，并且在系统开发周的期缩短，电路板空间的节省，开发成本的降低等方面都是普通MCU无法比拟的。与传统的MCU相比，DSC的数据处理能力大大增强，控制策略能够做到一定的优化，而且能够使用先进的控制算法，如智能控制、神经网络控制、模糊控制、自适应控制等，有助于控制系统精度和实时性，实用性和可靠性的进一步提高。

最近几年以来，对于无刷直流电机无位置传感器控制系统的研究也有了很大的进展，这种方案主要是结合软件算法来获取电机转子的位置信息，最终在改善系统控制性能的情况下，进一步降低了目标系统的成本。因此，结合dsPIC30F系列DSC芯片实现无位置传感器控制将成为无刷直流电机研究的发展趋势。

B. ^范文提纲

一：引言

研究背景

研究意义

二：无刷直流电机的调速过程

无刷直流电机的机械结构

无刷直流电机的工作原理

.无刷直流电机的调速方法比较

三：电机调速系统的设计

算法以及控制方案的分析设计

调速系统的软件设计

调速系统的硬件设计

四：电机调速系统的测试验证

1，硬件可靠性验证分析

软件合理性验证分析

五：结果分析

六:致谢

七：参考文献

C：参考文献

罗小丽, 范桂林, LuoXiaoli,等. 直流电机调速系统设计[J]. 船电技术, 2006, 26(6):16-18.

曹太强, 许建平, 吴昊,等. 基于DSP的直流电机数字调速系统设计[J]. 电力电子技术, 2008, 42(2):73-74.

庹朝永. 基于单片机的直流电机PWM调速系统设计与开发[J]. 煤炭技术, 2011, 30(6):62-63.

余安富, 于平, 李先锋,等. 基于TMS320F28335的无刷直流电机调速系统设计[J]. 仪表技术与传感器, 2011, 2011(9):102-104.

刘长征, 叶瑰昀, 陈德运,等. 无传感器无刷直流电机变频调速系统设计与实现[J]. 电机与控制学报, 2008, 12(6):729-733.

权东. 高性能无刷直流电机调速系统设计[D]. 江苏大学, 2010.

罗云山. 基于自适应模糊PID控制技术的直流电机控制系统设计与实现[J]. 现代制造技术与装备, 2017(12):18-20.

Nitsche M A, Paulus W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulations in humans.[J]. Neurology, 2001, 57(10):1899-1901.

Zhu Z Q, Howe D. Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet DC motors. III. Effect of stator slotting[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 2002, 29(1):143-151.

Matsui N. Sensorless PM brushless DC motor drives[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1996, 43(2):300-308.

Peng J, Dubay R. Identification and adaptive neural network control of a DC motor system with dead-zone characteristics.[J]. Isa Transactions, 2011, 50(4):588-598.