无刷直流电机的本体建模及其驱动系统仿真研究_开题报告

1.1设计的意义

一个多世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。电机的主要类型有：直流电机、感应电机和同步电机。传统的直流电机因具有非常优秀的线性机械特性，较宽的调速范围，良好的启动性以及简单的控制电路等优点，长期以来一直广泛地在各种驱动装置和伺服系统中。

无刷直流电机具有以下优点：

1）低噪声：因为没有了机械电刷或滑环式电刷，无刷直流电机消除了除支承、连接以及负载以外的机械噪声 ：

2）高效率：无刷直流电机是目前电机中最高效率的一种电机，这要归功于其利用永磁体长生的恒定、持续的磁场的缘故。在合适的操作条件下永磁无刷直流电机的永磁体具有非常小的去磁系数：

3）无励磁需要：如上所述，无刷直流电机利用永磁体产生恒定磁场，省去了传统电机的电励磁部分：

4）易维护、寿命长：消除了机械电刷和换相器的无刷直流电机比传统直流电机构造简单，更易维护，而且电机寿命更长：

5）控制结构简单：无刷直流电机的转矩正比于电机电流，反馈装置简单，不需要采用绝对位置编码器或旋转变压器，因此较之交流电机更易于控制。正式因为这个原因，目前已有很多半导体厂家生产了适合无刷直流电机控制需要的专用集成电路控制芯片：

目前，无刷直流电机的应用越来越普遍，国内近年来在无刷直流电机的设计和控制方面有很多的研究，但与国外成熟的产品化相比还有很多地方只得提高。如何在无刷直流电机方面做出积极的研究是很有现实意义的。

1.2.国内外状况

  有刷直流电动机作为最早的电动机广泛应用于工农业生产的各个领域，由于其宽阔而平滑的优良调速性能，在需要调速的应用领域占有重要地位，但机械换相装置的存在，限制了其发展和应用范围。直流电动机的机械电刷和换向器因强迫性接触，造成其结构复杂、可靠性差、火花、噪声等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能。科学技术的飞速发展，带来了半导体技术的飞跃，开关型晶体管的研制成功为创造新型的无刷直流电动机带来生机。 “无刷直流电机”的概念已有最初的具有电子换相器的直流电机发展到泛指一切具有传统直流电机外部特性的电子换相电机。现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成为新一代的电动调速系统。无刷直流电机具有最优越的调速性能，主要表现在：调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性能好（起动转矩大，起动电流小），运行平稳，噪音低，效率高，应用场合从工业到民用极其广泛。如电动自行车、电动汽车、电梯、抽油烟机、豆浆机、小型清污机、数控机床、机器人等。由于无刷直流电机具有这些优点，因此在2004年的国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机取代这一发展趋势。我国目前是世界最大的永磁体（生产无刷电机的主要原材料）生产供应基地，中国还将要成为全球最大的无刷电机生产国。随着汽车工业的快速发展，车用小功率电机的需求增长带动了以永磁无刷直流电机为主体的车用小功率电机的兴起，我国正在成为世界电动汽车制造业的主要供应用。

二.研究内容

1.无刷直流电机在国内外的发展水平和研究情况。

2.无刷直流电机的原理及资料分析。

3.无刷直流电机的选择。

4.无刷直流电机控制系统分析和确定。

5.无刷直流电机的维护分析和故障处理。

6.总结设计并写出心得体会。

三.研究方案及步骤

   （一）研究方案：

1.认真查阅资料确定设计方案。

2.进行相关计算选取需要的元件和装置。

3.画出相应接线配置图。

4.画出总设计图。

5.进行校验改正，完成^文档^范文。

  （二）步骤：

1.设计方案的确定。

2.无刷直流电机的资料分析。

3.接线的确定和相关配置图的确定。

4.无刷直流电机故障的检测方法。

5.无刷直流电机故障预防措施。

6.总结。

四.存在问题及其解决方法    

1.设计出来的方案可能不符合实际要求，不能满足现实状况，向有相关经验者请教并仔细修改。

2.设计中应主要依据现有基础资料，现行有关电气规程、规范。

3. 设计中应认真理解现行有关电气规范，知识面开阔，提高质量意识。

4.认真复核所收集资料的准确性，多进行方案讨论。

5.在Word里画图存在一些困难，应对办法：利用Auto CAD或其他电气绘图软件画好后再粘贴、复制到Word中。

6、在中国知网中找的相关资料很少，应对办法：通过各种途径借买有关的书籍来完成^文档^范文

7、资料或书籍里有些内容看不懂，应对办法：向我的指导老师请教。

五、^范文提纲

1. 无刷直流电机驱动系统研究

1.1、无刷直流电机简介

1.1.1 无刷直流电机的基本结构

1.1.2  无刷直流电机的工作原理

1.2、基于DSP的BLDC驱动系统

1.2.1 控制策略选择

1.2.2 硬件结构简图

2.无刷直流电机驱动系统的建模仿真

2.1、电动机本体的建模

2.1.1 无刷直流电机的数学模型

2.1.2 无刷直流电机本体的建模

2. 2、驱动系统建模

2.2.1 速度控制模块

2.2.2 参考电流模块

2.2.3 电流滞环控制模块

2.2.4 电压逆变器模块

3. 仿真结果及分析

3.1 建模仿真参数设定

3.2 仿真环境输入值设定

3.3 仿真结果及分析

3.3.1 绕组电流仿真结果

3.3.2 反电动势仿真结果

3.3.3 转过角度及转子位置仿真结果

3.3.4 电机转速仿真结果

3.3.5 输出转矩仿真结果

六.参考文献

[1]郭庆鼎，赵希梅.直流无刷电机原理及技术应用[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]陶永华.新型PID控制及应用（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2009：1-8.

[3]陶永华等.PID控制原理和自整定策略[J].工业仪表与自动化装置.1997（4）：60-64.

[4]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京机械工业出版社.2000.

[5]向先波.Matlab环境下PC机与单片机的串行通信与数据处理[J].单片机与嵌入式系统应用.2004（12）：27-31.