永磁同步发电机矢量控制开题报告

1、本科生毕业设计（论文）开题报告论文题目：永磁同步发电机矢量系统设计学 院：电气工程学院专业班级：自动化0801学生姓名：学 号：导师姓名： 开题时间：2012年3月16日1课题背景及意义1.1课题研究背景、目的及意义 工业自动化技术和装备设计多个学科领域， 期中所应用的计算机相当于人的 大脑，负责对信息进行述职计算、逻辑推理、决策判断，并发出控制指令。这些 控制命令代表着对自动化装备运动规律的希望和要求， 然而并不能单靠计算机自 身去实现这些命令。虽然计算机可以灵活、快速地发出任何命令，但是，因为其 命令自身所携带的能量极为有限， 并且没有工具区执行 “大脑”的一致实现运动。 自动化装备执行计

2、算机发出的运动命令，需要机电机构来完成。接收控制命令， 对控制信号运算操作，提高执行能力，驱动执行工具运动，完成特定任务，这就 要用到电气、气动、液压、机械等装置。接收控制命令，产生动力，驱动机构完 成特定的运动， 就是伺服系统的任务。 因此可以说， 伺服驱动装置是工程自动化 不可或缺的基本技术装备。发电装置经过半个多世纪的发展， 由于永磁材料的应用， 高频大功率开关变 流器的发展， 高性能微电子器件的普及， 电机理论的成熟与自动控制理论的最新 进展，传感器技术的进步， 才使得当代交流伺服发电机和数字驱动技术得到了突 飞猛进的发函， 达到了很高的水平， 几近完美。 电动伺服技术因具有一系列优点

3、 倍受重视永磁伺服发电机驱动技术更是居先，独领风骚。但时代在前进，技术在进步，要求愈来愈高，精益求精，永无止境。现代交 流伺服驱动装置也不例外，对于体积、质量、成本与可靠性、灵活性、跟踪的快 速性、精确性和抗扰动鲁棒性等方面，也爱不断追求新的高度和目标。1.2 课题国内外研究现状及趋势 在整个二十世纪， 大多数工业， 商业设备及家用电器上的传动装置基本上都 设计成恒转速运行。 对于很多机械负载已证实， 若采用变速传动装置将改善其性 能、生产效率和用电效率。最近一二十年，电气传动经历了较大的变革，其原因 有二：（ 1）由于电力电子开关器件和微处理器控制的发展，使得变速传动得应 用成为可能，其成本

4、不断降低；（ 2）由于对目前与将来电能的成本和可利用性 的关心不断增加。 变速传动装置正日益被用于新系统和现有系统的改造， 使系统 产品和用电效率两方面更加优化。永磁交流发电机为现代运动控制系统提供了一种具有诸多优点和适用广泛 的装置。采用永久磁铁产生气隙磁通而不需要外部励磁， 这样就能设计出具有极 好效率特性的永磁同步电机， 这种高效率的优点受到了越来越多的重视。 另一方 面，合理的应用永久磁铁可能带来的低损耗， 可使得电机设计获得极高的功率密 度以及转矩惯量比。 这些特性对哪些要求快速动态响应的加速器和伺服系统具 有很大的吸引力。永磁同步电机传动控制的出现是永磁发电机发展过程中两种不同开发

5、路线 汇合的结果。一条路线是早期发展的可直接起动的带有转子鼠笼绕组的永磁电动 机，这种电机是为直接由公用交流电网供电的方式运行设计的。 这种特殊类型的 混合式永磁同步电机的出现可以追溯至 50 年代，主要应用于一些重要的工业设 备，如纺织生产线，这里需要大量的发电机以相同额速度运行。在其后的 70 年 代，经过设计改进的直接起动型永磁同步发电机， 采用了铁氧体和稀土材料， 具 有很好的效率特性， 但其成本高于异步发电机而未能广泛使用。 第二条发展路线 的标志是永磁直流伺服发电机开始取代传统的带励磁绕组 的直流发电机。这种 永磁直流伺服发电机在 60 年代已经用于高性能机床的伺服机构。此时，高强

6、度 稀士永久磁铁已有效使用。 最后在 70 年代，这两条路线汇合在一起， 产生了无 转子鼠笼的永磁同步电动机， 它与调频逆变器结合在一起实现了高性能的运动控 制。首先开发的是梯形永磁同步发电机，这种结构可以简化控制装置，此后在 70 年代后期以及 80 年代，高性能的正弦波永磁同步电机控制系统开始飞速发展。 70 年代末以来，随着电力电子学、微电子学、传感技术、永磁技术和控制理论的惊人发展， 永磁交流伺服的研究和应用取得了举世瞩目的发展， 已具备了宽调 速范围、高稳态精度、 快速动态响应及四象限运行等良好性能， 其动态、静态 性 能已可以和直流伺服系统相媲美。 并且随着永磁材料性能的大幅度提高

7、和价格的 降低，其在工业自动化领域中的应用将越来越厂泛。 可以预见，交流伺服系统 的 研究将继续成为电气传动领域的一个研究热点，并带动相关产业的迅猛发展。 2毕业设计研究内容及任务2.1 研究内容（1）查阅国内外相关文献资料，了解课题的研究现状。（2）提出发电机控制的总体设计方案，撰写开题报告。（3）设计整流电路、滤波电路、逆变电路。（4）设计单片机系统，包括程序存储器扩展电路，接口扩展电路等。（5）撰写毕业设计论文。2.2 设计思想及设计方案就永磁同步发电机矢量控制系统的一般原理、 参数计算及其运行特性的一些 研究方法进行讨论， 以明确永磁同步发电机矢量控制系统的设计思路。 分析永磁 同步发

8、电机的结构， 在此基础上建立起数学模型、 确定永磁同步发电机矢量控制 策略，再完成永磁同步发电机的硬件设计、软件设计、最后进行仿真试验。贯彻 国家的技术经济政策， 并注意所设计的发电机的经济性和可靠性。 在认真进行调 查研究的同时注意理论与实际、设计与工艺相结合，设计出性能好、体积小、结 构简单、欲行可靠、 制造和使用维修方便的现金产品。 既要努力使产品满足用户 要求，又要尽可能降低生产成本。2.3 毕业设计拟采用方法和手段 首先在磁路计算上，由于采用永磁材料励磁，它要求所用的永磁材料的授 予磁感应轻度要搞， 矫顽力要打， 永磁材料的退磁曲线呈线性变化为好。 与电励 磁不同，永磁体的工作点的确

9、定是在其恢复直线上， 而不是在一般的平均磁化曲 线上。永磁同步发电机的励磁磁场不能人工调节，所以要求它的外特性要比电励 磁同步发电机的外特性要硬，也就是说，要求它的外特性都读药效，近似直线。 从而保证它的电压调整率变化不大， 以满足工程实际需要。 于是永磁同步发电机 的电负荷比电励磁电机要低的多。由于永磁同步发电机没有励磁绕组，而且永磁体本身的磁阻又很大，因而 它的用不电抗要比电励磁电机要小得多， 其瞬变电抗要比电励磁电机的大， 而超 瞬变电流却较小。在设计时，通常电励磁同步发电机空载特性的工作点最好选在回复直线的 最大磁能积点附近， 这样可以充分利用永磁体提供的有效磁能， 当然在具体的设 计

10、里，还要根据实际情况来确定。3毕业设计工作计划及进度安排第1周查阅资料（中文和英文） 、确定题目、调研第2周查阅资料（中文和英文） 、确定题目、调研、整体方案论证第3周撰写开题报告，硬件设计及选型第4周撰写硬件设计第5周撰写论文绪论。第6周分析永磁同步发电机的结构，并建立数学模型第7周分析永磁同步发电机的基本控制策略第8周确定永磁同步发电机的矢量控制策略第9周确定永磁同步发电机的矢量控制策略第 10 周完成永磁同步发电机的硬件设计第 11 周完成永磁同步发电机的硬件设计第 12 周对课题进行深入研究第 13 周完善所有硬件和软件设计，论文初稿第 14 周撰写论文第 15 周撰写论文第 16 周

11、完善论文，准备答辩第 17 周答辩4参考文献1 郁有文 , 常健, 程继红 .传感器原理及工程应用 M 西安电子科技大学出版社 .2 陈杰, 黄鸿 .传感器与检测技术 M 高等教育出版社 .3 张福学 . 传感器敏感元件大全 M 电子工业出版社 .4 李群芳 , 张士军 , 黄建单片微型计算机与接口技术 M 电子工业出版社 .5 罗抟翼 , 付家才 , 王正 .控制工程及信号处理基础 M 机械工业出版社 .6 陈鄂初 . 单片机应用系统设计与实践 M 北京航空航天大学出版社， 1991.7 邱关源 . 电路 M 高等工业出版社 .8 何立民 . 单片机实用文集 M . 北京航空航天大学出版 .

12、 1993 .9 张毅刚 . MCS 一 51单片机应用设计 M . 1990.10 陈伟. MCS 一 51 系列单片机实用子程序集锦 M .清华大学出版社 . 1993.11 OLIVER T. W. YU. End-to-End Adaptive QoS Provisioning over GPRS Wireless Mobile Network. Mobile Networks&Applications,2003, (3) : 75 78.12 Kopetzh M. A Comparison of CAN and TIPM.Annual Reviewsin Control,2000 (24) 177-188.13 Bon Gwan Gu ， Kwanghee N. A Vector Control Scheme for a PM Linear Synchronous Motor in Extended RegionJ. IEEE Transactions. on Industry Applications V01 39 pp 1280 一 1287， 2003.14 Utki