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
毕业设计起止时刻： 2013年2月25日～6月21日(共17周)
学生姓名： 赵正雄 学 号：*******8
专 业： 电气工程与自动化 教学班级： 电气09-7
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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可否承担该毕业设计（论文）课题、是不是按时完成工作进度和可否具有答辩资格的依据材料之一，并同意学校检查。
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、本报告内容必需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很多于8篇（不包括词典、手册）。
6、有关年月日等日期的填写，应依照国标GB/T7408-94《数据元和互换格式、信息互换、日期和时刻表示法》规定，一概用阿拉伯数字书写（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，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。[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C51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ATC51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。 ATC5是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器,PEROM)和128 bytes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位处理器9(CPU)和Flash存储单元,功能强大ATC51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。
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| 3、毕业设计（论文）工作计划及进度安排： 资料收集，选择焊接材料，撰写开题报告。 编写程序，完成模拟仿真、实物焊接。 初稿修改。 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] ，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] Peter B. Schmidt Michael L . Gasperi Glen Ray ．Initial Rotor Angle Detection Of Non-Salient Pole Permanent Magnet Synchronous Machine [C]．IEEE Industry Applications Society Annual Meeting New Orleans, Louisiana, October 5-9,1997 [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 |
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