论文开题报告样本.doc

武汉理工大学毕业设计（论文）开题报告论题：同步电机模型的MATLAB仿真 能源与动力工程学院（系） 2005级轮机工程 专业01 班级指导教师 /学生姓名 2009年3月一、设计（论文）题目：同步电机模型的MATLAB仿真二、课题研究的目的和意义课题研究的目的：利用matlab/simulink来仿真同步电机的运行情况，可以帮助研究者更好更方便的了解同步电机的特性，以便进一步改善其效率.课题研究的意义：计算机模拟是一项综合应用技术，它对教学、科研、设计、产生、管理、决策等部门都有很大的应用价值，为此世界各国均投入了相当多的资金和人力进行研究。其重要性具体体现在以下几个方面： a从广义上讲，计算机模拟本身就可以看作一种基本试验。计算机计算弹体的侵彻与炸药爆炸过程以及各种非线性波的相互作用等问题，实际上是求解含有很多线性与非线性的偏微分方程、积分方程以及代数方程等的耦合方程组。利用解析方法求解爆炸力学问题是非常困难的，一般只能考虑一些很简单的问题。利用试验方法费用昂贵，还只能表征初始状态和最终状态，中间过程无法得知，因而也无法帮助研究人员了解问题的实质。而计算机模拟在某种意义上比理论与试验对问题的认识更为深刻、更为细致，不仅可以了解问题的结果，而且可随时连续动态地、重复地显示事物的发展，了解其整体与局部的细致过程。 b计算机模拟可以直观地显示目前还不易观测到的、说不清楚的一些现象，容易为人理解和分析；还可以显示任何试验都无法看到的发生在结构内部的一些物理现象。如弹体在不均匀介质侵彻过程中的受力和偏转；爆炸波在介质中的传播过程和地下结构的破坏过程。同时，数值模拟可以替代一些危险、昂贵的甚至是难于实施的试验，如反应堆的爆炸事故，核爆炸的过程与效应等。c数值模拟促进了试验的发展，对试验方案的科学制定、试验过程中测点的最佳位置、仪表量程等的确定提供更可靠的理论指导。侵彻、爆炸试验，费用是极其昂贵的，并且存在一定的危险，因此计算机模拟不但有很大的经济效益，而且可以加速理论、试验研究的进程。d一次投资，长期受益。虽然数值模拟大型软件系统的研制需要花费相当多的经费和人力资源，但和试验相比，计算机模拟软件是可以进行拷贝移植、重复利用，并可进行适当修改而满足不同情况的需求。 总之，计算机模拟已经与理论分析、试验研究成为科学技术探索研究的三个相互依存、不可缺少的手段。正如美国著名数学家拉克斯(P. Lax)所说“科学计算是关系到国家安全、经济发展和科技进步的关键性环节，是事关国家命脉的大事。”怎样把一个生产、生活中的实际问题，经过适当的刻划、加工、抽象表达成一个数学问题数学建模，进而选择合适的正确的数学方法来求解，这是应用数学知识解决实际问题的关键所在。随着对学生全面实施素质教育，培养学生综合能力的认识的统一，如何培养学生解决实际问题、培养创造性思维能力已引起各方的重视。通过数学建模训练思维能力不仅旨在提高学生应用数学的意识，而且也是加强数学与实际的联系，实施数学素质教育的一个重要方面。1、通过数学建模激发学生学习动机 人们在解决问题时，往往带有某种情感，处于某种动机状态中，而这些状态又必然会影响“问题解决”的效果。动机是促使人去解决问题的动力。动机愈有意义，为“问题解决”而作的探索就愈积极愈顽强。通过带有趣味性、能引起学生思考的实际问题的分析、解剖，引导学生建立相应的数学模型，选择适当的方法解决问题，从而达到激发学生的学习动机的目的。2、通过数学建模培养学生的直觉思维能力 直觉思维与逻辑思维是相辅相成的。传统的数学教学比较强调逻辑思维的作用，而往往忽视直觉思维是逻辑思维的基础，某种程度上决定逻辑思维的方向。爱因斯坦说：“真正可贵的因素是直觉”。通过将实际问题转化为数学问题建立数学模型培养学生的直觉思维能力是一种有效的途径。3、通过数学建模培养中学生的发散思维能力学生习惯于集中思维的思维方式，课本上的题目和材料基本上都循着同一个模式，用符合常规的思路和方法解决问题，这对于基础知识、基本技能的掌握是必要的，但对于培养创造能力来说还是不够的。通过对实际问题给出的材料信息，从不同角度，向不同方向，用不同的方法或途径进行思考和分析，建立数学模型，寻求超常规、求变求异的思维方式和解决问题的方法，以培养学生创造性思维能力。建立数学模型要经历对实际问题的分析、解剖将实际问题数学抽象建立数学模型经数学方法获解 “翻译”回到实际问题、成为实际问题的解的过程。这对研究发明很有帮助。 总之，研究本课题可以为我们以后的研究做好铺垫，扎下根基。三、该软件在国内外的研究现状分析：同步电机的国内外发展现状早期对永磁同步电机的研究主要为固定频率供电的永磁同步电机运行特性的研究，特别是稳态特性和直接起动性能的研究。V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人对永磁同步电机的直接起动方面做了大量的研究工作。在上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电机进行了深入的研究，其供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但多数情况下无阻尼绕组。并在该时期发表了大量的有关永磁同步电机数学模型、稳态特性、动态特性的研究论文。A.V.Gumaste等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性。随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高，G.R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法。可设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机。近年来微型计算机技术的发展，永磁同步电动机矢量控制系统的全数字控制也取得了很大的发展。D.Naunin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制系统，采用了十六位单片机8097作为控制计算机，实现了高精度、高动态响应的全数字控制。八十年代末，九十年代初B.K.Bose等发表了大量关于永磁同步电动机矢量控制系统全数字控制的论文。九十年代初期，R.B.Sepe首次在转速控制器中采用自校正控制。早期自适应控制主要应用于直流电机调速系统。刘天华等也将鲁棒控制理论应用于永磁同步电机伺服驱动。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能，N.Matsui，J.H.Lang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电机调速系统。仿真和实验结果表明，自适应控制技术能够使调速系统在电机参数发生变化时保持良好的性能。滑模变结构控制 由于其特殊的“切换”控制方式与电机调速系统中逆变器的“开关”模式相似，并且具有良好的鲁棒控制特性，因此，在电机控制领域有广阔的应用前景。 随着人工智能技术的发展，智能控制已成为现代控制领域中的一个重要分支，电气传动控制系统中运用智能控制技术也已成为目前电气传动控制的主要发展方向，并且将带来电气传动技术的新纪元。目前，实现智能控制的有效途径有三条：基于人工智能的专家系统（ExpertSystem）;基于模糊集合理论（FuzzyLogic）的模糊控制；基于人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork）的神经控制。B.K.Bose等人从八十年代后期一直致力于人工智能技术在电气传动领域的应用，并取得了可喜的研究成果。四、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标：利用软件Matlab/Simulink来仿真同步电机的运行条以便得知它的性质进而为社会服务。主要研究内容：熟悉并能掌握Matlab/Simulink的运行，学会matlab的运行界面.通过对电压空间矢量控制原理及算法的分析，得到永磁同步电机的数学模型。拟解决的关键问题： Matlab仿真在科学研究中的地位越来越高，如何利用Matlab仿真出理想的结果，关键在于如何准确的选择Matlab的仿真算法。如何通过对电压空间矢量控制原理及算法的分析，得到了永磁同步电机的数学模型，运用Matlab/Simulink软件，构建了永磁同步电机控制系统的模型。拟采取的研究方法、技术路线通过对电压空间矢量控制原理及算法的分析，得到永磁同步电机的数学模型，运用Matlab/Simulink软件，构建永磁同步电机控制系统的模型，通过仿真结果可以看到系统的运行，可以得到仿真结果是否符合永磁同步电机的运行特性。进而可以用电脑进行研究同步电机的性质，以便进一步改善其效率，节省财力。比如简单的电压空间矢量模型:电机输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。直接针对这个目标，把逆变器和异步电机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法称为“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量PWM控制”。空间矢量是按电压所加绕组的空间位置来定义的。在图1中，A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120，三相定子相电压UA、UB、UC分别加在三相绕组上，可以定义三个电压空间矢量UA、UB、UC，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律变化，时间相位互差120。图1三相电压矢量将图1的平面看成是一个复平面，则 （1.1）三相合成的空间电压矢量U可写为（1.2）由于都是正弦量，利用欧拉公式可得 （1.3）我们可以看到三相电压空间矢量的合成空间矢量是一个旋转空间矢量，它的幅值是每相电压值的1.5倍，其旋转的角速度等于正弦电压量的角频率。磁链和电流空间矢量电压平衡方程的矢量表示 （1.4）在转速不太低时，RI较小，故 （1.5）五、进度安排及计划：2008年2月25日至2008年6月20日共17周；其中前三周为毕业论文调查，通过调查完成开题报告和文献综述报告，通过后进入实际设计研究阶段，完成论文提交老师审阅,最后一周答辩，具体计划如下：（1） 1 周 3周 写开题报告、收集文献、完成专业论文翻译（2）4 周 8周 学习软件在matlab/simulink 环境下的编程（3）9周 12周 努力推导得出电机数学模型，克服这一主要设计障碍（4）13 周15周 完成软件的包装和发布，完善以上所获，完成论文（5）16周 提交论文与老师评阅（6）17 周 答辩六参考文献：1刘永飘,钟彦儒,徐艳平.永磁交流伺服系统矢量控制仿真J.电气传动自动化2006,28（1）:18-21.2孙亚树,周新云,李正明.空间矢量PWM的SIMULINK仿真J.农机化研究，2003，4（2）：105-106.3熊健.空间矢量脉宽调制的调制波分析J.电气自动化，2002，（2）：7-9.4李永东.交流电机数字控制系统M.北京：机械工业出版社.2002.5舒志兵,等.交流伺服运动控制系统M.北京：清华大学出版社.2006.6范影乐.Matlab仿真应用详解（第2版）M.北京：人民邮电出版社7任兴权. 控制系统仿真与计算机辅助设计.