无刷直流电机控制系统研究设计-开题报告-文献综述-参考文献

（一）国内研究现状

自上世纪末起，无刷直流电动机的研究热潮逐渐形成。在国内，我国的无刷直流电动机的研究在小功率(从几十瓦到几百瓦)已经从科研转向生产，如西安微电机研究所研制的45ZW-1、55ZW-1、70ZW-1系列产品，上海交大研制的卫星上专用的无刷直流电动机，还有浙江联宜电机厂生产的小功率的电动机的生产已经形成一定规模等，但大功率低转速的无刷直流电动机的研究方面发展不快，还未形成系列产品。无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器件，来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机。控制电路最初采用模拟电路，控制比较简单。目前，控制电路一般有专用集成电路、微处理器和数字信号处理器等三种组成形式。目前一些公司推出了专用集成电路如MC33035集成专用电机控制专用集成电路。这些控制器不但具有高速信号处理和数字控制功能所必须的体系结构特点，而且有专为电机控制应用提供单片解决方案所必需的外围设备。对这一系统的研制对无刷直流电动机的普及应用将会有很好的前景。随着计算机进入控制领域,以及新型的电力电子功率元器件的不断出现,采用全控型的开关功率元件进行脉冲调制(pulse width modulation ,简称PWM) 控制的无刷直流电机已成为主流。随着半导体工业,特别是大功率电子器件及微控制器的发展,变速驱动变得更加现实且成本更低。

（二）国外研究现状

在国外，各国研究人员纷纷推出自己最新科研成果，其中美国的Ahmed Rubaaj博士及其同事共同研制出一种新型的无刷直流电动机，其转子跟普通的无刷直流电动机一样，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，使定子绕组依次换相。其优点是可在较大范围内自然换向，充分提高了电机体积的利用率。再如:美国的J.Y.Hung博士等人，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电磁转矩及齿槽引起的转矩波动。早在1917年，Boliger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础思想。20世纪30年代，有人开始研制以电子换向来代替电刷机械换向的无刷直流电机，并取得了一定成果，但由于当时大功率电子器件仅处于发展阶段，没能找到理想的电子换向元器件，因此仅停留在实验室研究阶段。1955年，美国D.哈里森等人首次申请用晶体管换向电路代替电动机电刷的专利，即无刷直流电动机的雏形。近40多年来，由于电机本体及其相关科学的迅猛发展，无刷直流电机的概念已由具有电子转换的直流电机发展到泛指一切具有有刷直流电机外部特性的电子换向机。无刷直流电机真正进入实用阶段是从1978年开始的，二十世纪80年代在国际上开展了深入的研究，先后研究成方波和正弦波无刷直流电机，在十多年的时间里，无刷直流电机在国际上已得到较为充分的发展。近20多年来，由于大功率开关器件、模拟和数字集成电路、高性能磁性材料的进步，采用电子换向原理工作的无刷直流电机得到了很好的发展。此电机与以往的直流电机和交流异步电机相比, 具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，而且克服了机械位置传感器给无刷直流电机所带来的诸多不利影响，简化了整个控制系统的结构设计，从而不仅降低了成本，而且进一步提高了系统的可靠性。它从最初的宇航、军事设施应用领域扩展到工业和民用领域，应用日益广泛。

（三）课题的主要内容以及设计方案

无刷直流电机由于具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗、控制精度高以及体积小、重量轻、调速性能好等优点，应用领域广泛。随着无刷直流电机应用领域的不断扩大，对控制系统的性能提出了更高的要求，因此本课题研究无刷直流电机控制的研究具有明显的理论和实际意义。具体要求包括：

1、对国内外无刷直流电机的研究现状和无刷直流电机的工作原理有较为深入的了解。

2、完成模块化电路的硬件设计方案，包括硬件选型，完成基于单片机的无刷直流电机控制系统的电路设计。

3、完成基本程序的编写和调试，给出对应的软件流程图。

4、所设计的控制系统能实现调速、正反转控制、速度显示、速度设定、声光报警等功能。

无刷直流电动机控制系统设计方案：