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1、 毕业设计开题报告 题 目： 基于VB和单片机的直流电机调速和监控系统设计系： 电气与信息工程系 专 业： 自动化 学生姓名： 学 号： 填写完整学号指导教师： 林 国 汉 年 月 日 开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并
2、直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字注意字数要求左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述直接转矩控制变频调速技术文献综述部分可先写直流电机在工业及其它领域的广泛应用，然后写设计监控系统的意义(包括为什么要监控，有哪些东西需要监控、常用的监控
3、设计软件：VB/VC/DEPHI等)，还可以写调速系统控制器如单片机、DSP等，德语称之为DSR(Direkte Selbstregelung)，英语称之为DTC(Direct Torque Control)，是近10年来继矢量控制变频调速技术之后发展起来的一种新型的具有高性能的交流变频调速技术。过去的几十年里，交流电动机控制技术取得了突破性进展。由于交流电动机是多变量、强耦合的非线性系统，因此，与直流电动机相比，交流电动机转矩控制要困难得多。自从七十年代矢量控制技术发展以来12，交流传动技术就已经从理论上解决了交流调速系统在静、动态性能上与直流调速相媲美的问题：矢量控制技术模仿直流电动机的控
4、制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法，实现了对交流电动机的转速和磁链控制的完全解耦，从而达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的。然而在实际上由于转子磁链难于准确观测，由于系统特性受电动机参数的影响较大，以及在模拟直流电动机控制过程中所用矢量旋转变化的复杂性，使得实际的控制效果难于达到理论分析的结果，这是矢量控制技术在实践上的不足之处。1985年由德国鲁尔大学的Depenbrock教授首次提出了直接转矩控制的理论3，直接转矩控制的思路是把电动机与逆变器看作一个整体，采用空间电压矢量的数学分析方法直接计算和控制电动机的电磁转矩。因此，无需对定子电流进行解耦，免去了矢量变换的复杂计算，控制结构简
5、单，便于实现全数字化，是一种很有前途的控制技术。近十几年的实际应用表明，与矢量控制法相比可获得更大的瞬时转矩和极快的动态响应。接着1987年把它推广到弱磁调速范围4。直接转矩控制的思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。和矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式从而在算法上不存在旋转坐标变换，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制56。直接转矩控制技术，是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Ba
6、nd-Band控制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出78。它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况，它不需要将交流电动机与直流电动机作比较、等效、转化，即不需要模仿直流电动机的控制，由于它省掉了矢量变换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步电动机数学模型，没有通常的PWM脉宽调制信号发生器，所以它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式
7、9。与矢量控制方式比较，直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，它采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念。只要知道定子电阻就可以把它观测出来，因此直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。目前，交流调速己进入逐步取代直流调速的时代。交流调速从开始应用时起过了十几年，其控制器（或系统的控制回路）多为由模拟电子电路组成。微处理机引入控制系统，促进了模拟控制系统向数字控制系统的转化。微机运算速度的提高、存储器的大容量化，将进一步促进数字控制系统取代模拟控制系统，数字化已成为控制技术的方向。最开始应用于控制系统的微处理机是单片机，20世纪80年代出现了处理速
8、度更快的控制器数字信号处理器，又叫DSP。 DSP采用特殊的硬件结构，与单片机相比有着更高的处理速度，这就为采用先进的控制算法提供了物质基础10。当前，采用先进的电动机控制技术，以高性能的微处理器作为中央控制器，设计异步电机控制系统己成为驱动控制领域发展的方向。实际应用表明，采用直接转矩控制的异步电动机调速系统，电机磁场轨迹接近圆形，谐波小，损耗低，噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机小得多1112。直接转矩控制系统的主要特点有：(1) 直接转矩控制在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制交流电动机的磁链和转矩，无需将交流电动机与直流电动机进行比较、等效和转化，所以信号处理更加简单，便于对交
9、流电动机的物理过程做出直接明确的判断。 (2) 直接转矩控制磁场定向是用定子磁链，这样知道了定子电阻就可以将其测量出来，大大减少了矢量控制时控制性能易受参数变化影响的问题。(3) 直接转矩控制采用空间矢量分析三相交流电动机的数学模型，控制各物理变量，是复杂问题简单化。 (4) 直接转矩控制强调的是转矩的控制效果，采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹。其控制方式是通过转矩两点式调节器把转矩监测值与转矩给定值作滞环比较，将转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器进行控制。因此其控制效果取决于转矩的实际情况，控制既直接又简化。综上所述，直接转矩控制技术的控制结构简单，控
10、制手段直接，信号处理的物理概念明确，转矩响应迅速且无超调，是一种具有较高动态响应的交流调速技术，有着广泛的应用前景。对控制系统进行设计于防真是具有实际意义的。仿真仿真的意义的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实的过程，以寻求过程和规律。近年来，计算机仿真技术把现代仿真技术和计算机的发展结合起来，通过建立系统的数学模型，以计算机为工具，以数值计算为手段，对存在的或设想中的系统进行实验研究。MATLAB是常用的一种仿真软件，它是一套高性能的数值计算和可视化软件，提供了一个人机交互的系统环境13。它集科学与工程计算，图形可视化，图像处理，多媒体处理于一身。使研究人员可直观，方便地进行分析，
11、计算以及设计工作，大大地节省了科学研究所耗费的时间。由于MATLAB具有以上其他计算语言无法比拟的优势，目前它已作为工程和科学教育界的一种行业标准。运用MATLAB软有哪些主要的仿真手段，此处主要介绍了MATLAB/SIMULINK，当然还可以介绍其它的仿真软件件进行数字仿真研究可以弥补实际教学和实验中的不足，使工程技术人员能更系统地理解专业知识和控制系统的设计思想及方法，培养研究人员的科研能力和水平，从而充分发挥实验在工程技术研究领域的积极作用。从MATLAB5.2版本开始增加了一个由魁北克电力公司开发的专门用于电力系统分析用的PSB(Power System Blockset)模块14。P
12、SB模块中主要有同步机、异步机、变压器、直流电机、特殊电机的线性和非线性、有名的和标幺值的系统模块，这些模块是具有不同仿真精度的模型；单相、三相的分布和集中参数的传输线；单相、三相断路器及各种电力系统的负荷模型、电力半导体器件库以及控制和测量环节。同时，MATLAB中除了PSB还有若干个用于不同理论和技术的工具箱，这些都是在MATLAB/SIMULINK下由各个领域的专家开发的。借助这些模块库或工具箱，在SIMULINK环境下，即可进行电力系统的仿真计算。SIMULINK是MATLAB的一个分支产品，主要用来实现对工程问题的模型化和动态仿真。在世界范围内的模型化浪潮的背景下，SIMULINK恰
13、恰体现了模块化设计和系统级仿真的具体思想，使得建模仿真如同搭积木一样简单。SIMULINK模块库内资源相当丰富，基本模块库包括连续系统、离散系统非线性系统、信号与函数、输入模块、接收模块等等，使用方便，SIMULINK对仿真的实现可以应用于动力系统、信号控制、通信设计、金融财会及生物医学等各个领域的研究中15。主要参考文献：1 Blacken F. Das Verfahren der Feldorientierung zur Regelung der Asynchronmaschine. Sienens Forschungs-und Entwicklugsbericht. 1972, Nr.
14、1. 2 Leonhard W. Regelung in der elektrischen Antriebstechnik, Teubener Studienbucher Elektrotechnik.1973.3 Depenbrock M. Direkte Selbstregelung (DSR) fur hochdynamische Drehfeldantriebe mit Stromrichterspeisung. ETZ-Archiv. 1985, Band 7.4 Depenbrock M. Thilo Skrotzki. Drehmomenteinstellung im Felds
15、chwachbereich bei stromrichtergespeisten Drehfeldantrieben mit Direkte Selbstregelung (DSR) . ETZ-Archiv. 1987, Band 9.5 张春梅，尔桂花. 直接转矩控制研究现状与前景J.微电机，2000，第33卷第6期:25-28.6 李华德，白晶，李志民，李擎. 交流调速控制系统.北京:电子工业出版社, 2003.3, 99-111, 166-223.7 符曦. 系统最优化及控制.北京:机械工业出版社.1996.8 郭庆鼎，王成元. 异步电动机的矢量控制原理及应用.沈阳:辽宁民族出版社,1988.9 陈伯时，李发海，王岩. 电机与拖动.北京:中央广播电视大学出版社,1983.8 李夙. 异步电动机直接转矩控制.北京:机械工业出版社，1994.9 吴峻，潘孟春，李圣怡. 直接转矩控制系统低速性能的分析和控制J.电气传动， 2001，第5期:13-15.10 王念旭. DSP基础与应用系统设计.北京:航空航天大学出版社，2001.11 张雄伟，曹铁勇.
