无刷直流电机控制系统设计开题报告.docx
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无刷直流电机控制系统设计开题报告
无刷直流电机控制系统设计开题报告
中国矿业大学信息与电气工程学院
毕业设计(论文)开题报告
设计(论文)名称:
无刷直流电机控制系统设计
毕业设计起止时间:
2013年2月25日~6月21日(共17周)
学生姓名:
赵正雄学号:
04091908
专业:
电气工程与自动化教学班级:
电气09-7
指导教师:
胡泳军
报告日期:
2013年3月26日
填写要求
1、开题报告作为毕业设计(论文)工作领导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题、是否按时完成工作进度和能否具有答辩资格的依据材料之一,并接受学校检查。
2、本报告应在毕业设计(论文)指导教师指导下,由学生本人独立撰写,并于第九学期前三周内完成。
3、学生须在小组内进行报告,并进行讨论。
4、本报告内容必须按统一设计的电子文档标准格式打印,经指导教师签署意见及系部审查后生效。
5、学生查阅资料的参考文献应不少于8篇(不包括词典、手册)。
6、有关年月日等日期的填写,应按照国标GB/T7408-94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定,一律用阿拉伯数字书写(如“2012年3月26日”或“2012-3-26”)。
1、本课题的研究意义,国内外研究现状、水平和发展趋势:
研究意义:
直流有刷电动机采用电刷以机械方法进行换向,因此带来了噪声、火花、无线电干扰、寿命短等弱点,限制了此类电机的应用范围。
直流无刷电动机具有交流电动机
结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点。
无刷电机的这些特点使其在计算机外围设备、办公自动化设备、家电、汽车、医疗设备等领域有广阔的应用前景和研究价值。
新型功率器件如MOSFET、IGBT、IPM等的迅速发展,更为直流无刷电动机的控制奠定了坚实基础。
[1]
无刷电机的驱动电流有两种,一种是梯形波(一般是“方波”),另一种是正弦波。
有时候把前一种叫直流无刷电机,后一种叫交流伺服电机,确切地讲是交流伺服电动机的一种。
优点如下:
最大特点:
没有换向器(俗称整流子)和电刷组成的机械接触结构。
因此无刷直流电机:
①没有换向火花;②寿命长;③运行可靠;④维护简便;⑤转速不受机械换向的限制。
[2][7]
国内外现状、水平、发展趋势:
现阶段国内外主流的控制方法为:
1.霍尔传感器感应
采用三个霍尔器件(圆周空间配置有两个方案:
相互间隔60°或相互间隔120°),转子每旋转60°(120°)电度角,就有一个霍尔器件改变其状态,逆变器内与之相对应的某一相的开关状态也将更新变化一次,这样开关状态变化六次(或称六步)就完成一个电气周转,霍尔器件输出响应的“0”和“1”两种状态的方波,从而判断转子绕组的位置。
2.无转子位置传感器
①反电动势过零点法
②反电动势3次谐波检测法
③续流二极管导通检测方法
④固定电压的检测方法
⑤预测反电动势过零点的方法[3][4]
在我国,无刷直流电机的发展时间较短,但随着技术的日益成熟与完善也得到了迅猛的发展。
我国直流无刷电机的研制工作始于二十世纪70年代初期,主要集中在一些科研院所和高等院校。
限于我国元器件水平及相关理论与实践相结合的程度还比较低,尤其是制造工艺和加工设备距离国际水准差距较大,所以目前我国无刷电机综合水平仍低于国际水平,有待进一步的研究和开发.
当今,世界对无刷直流电机的研究热点主要集中在以下三个方面:
①从电机设计和控制策略等方面出发,研究无刷直流电机转矩波动抑制方法,提高其伺服精度,扩大其应用范围;②设计可靠、小巧、通用性强的集成化无刷直流电机控制器;③研究无位置传感器控制技术以提高系统的可靠性,并进一步缩小电机控制系统的尺寸与重量。
2、本课题的研究内容及方案:
整体方案:
(1) 分析比较各类电机使用情况、优缺点,分析并设计总体方案;
(2) 设计控制器中的硬件电路,包括各类短路限流保护,并根据设计要求,采用再生制动实现了电机制动控制[5];
(3) 设计基于89C51的PID控制器,编写相应程序,用Proteus或Matlab进行模拟仿真;
(4) 以电动自行车控制器为例,比较“博世”“高标”“晶汇”三家控制器优缺点做出相应Benchmark。
1.仿真部分:
通过对电机驱动控制系统发展及现状的分析,以无刷直流电机为控制对象,提出一种以AT89C51单片机为核心完成控制无刷直流电机的启停、速度和方向,完成相应仿真指标。
在系统中,采用了PWM技术对电机进行控制,通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
AT89C5是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器,PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器,RAM),期间采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器9(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。
[6]
系统总体方案框图
2.硬件实物:
手工进行贴片焊接,完成以英飞凌XC866[8]为核心,通过控制相应管脚输入电平状态从而控制电机启停、电刹、防盗、巡航、限速等多种功能,并进行原理分析。
3、毕业设计(论文)工作计划及进度安排:
2013.2.25-2013.3.25资料收集,选择焊接材料,撰写开题报告。
2013.3.25-2013.4.25编写程序,完成模拟仿真、实物焊接。
2013.4.25-2013.5.20初稿修改。
2013.5.20-2013.6.10定稿,准备答辩。
参考文献:
[1]许宇翔.基于DSP的直流无刷电机控制器的研究[J].福建电脑,2010第5期
[2]刘刚,王志强,房建成.永磁无刷直流电机控制技术与应用[M].机械工业出版社,2008
[3]叶金虎.现代无刷直流永磁电动机的原理和设计[M].科学出版社,2007
[4]PeterB.SchmidtMichaelL.GasperiGlenRay.InitialRotorAngleDetectionOfNon-SalientPolePermanentMagnetSynchronousMachine[C].IEEEIndustryApplicationsSocietyAnnualMeetingNewOrleans,Louisiana,October5-9,1997
[5] 贡俊,陆国林.无刷直流电机在工业中的应用前景和发展[J].微特电机,2000(5):
14-17.
[6]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社,2010-05
[7]詹瑜坤.直流无刷电机原理及其数字化控制发展方向[M].中国科技信息,2012年第22期
[8]王洋,朱文.基于XC866的无刷直流电机驱动器.重庆理工大学学报(自然科学),2010-12
4、指导教师审查意见(对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测):
指导教师(签名):
年月日
5、系部审查意见:
系部负责人(签名):
年月日