中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系：信息与通信工程学院电气工程系专 业：电气工程及其自动化设 计 题 目：基于DSP的交流异步电动机变频调速系统的研究指导教师: 2013年 03 月 10 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之-。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统-设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）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）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，-律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述-、本课题研究的目的及意义随着科学技术的飞速发展，人们的能源消耗量越来越大，能源需求的满足与否对世界经济的发展有着非常巨大的影响。中国经济的发展对能源的需求量也很庞大，如何解决这种供需的矛盾是影响到中国经济能否持续发展的关键。在工业生产领域，电机是能源消耗的主要方面，而交流电机变频调速技术是电机节能技术中很有发展需求的一个方面。早期的交流电机控制大多数为开环恒压频比的控制方式，其优点是控制结构简单、成本较低，缺点是系统性能不高，其控制曲线会随着负载的变化而变化；转矩响应慢，电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而使性能下降，稳定性变差。变频调速是现在工业领域改善运行环境、节约电能、提高产品质量和改善生产工艺流程的一种有效的控制方式。由于变频调速系统拥有较好的调速和启、制动性能和它的高功率因数、高效率等多种优良特性，再加上其完善的调速性能、较好的节电能力和通用的适用性推广性能使得变频调速技术一跃而成电气传动技术发展的核心领域。近年来，随着电力电子技术、微电子技术以及控制技术的不断发展，新型异步电机控制技术不断被提出，特别是矢量控制技术的提出与实用化，使得交流传动控制系统的性能达到了直流电气传动控制的水平。随着矢量控制技术的提出和发展，基于DSP的矢量控制系统的交流调速方案很好的运用到工程实际中来，并且随着电力电子技术、控制理论等学科的发展和各种功率器件、微电子技术、计算机技术的不断推成出新，矢量控制技术越来越成熟，交流调速技术迅猛发展。本文采用TI公司最新推出的DSP控制器TMS32OLF24O7A，搭建基于DSP的闭环矢量控制系统对感应电机进行控制，并将这种基于DSP控制的交流调速技术运用到了矢量控制型变频器的研究中。交流电机调速技术的发展，特别是基于DSP的变频调速，因其控制模型简单，便于微处理器实时控制，转矩脉动小，噪声低，电压利用率高，精度高，调速范围、控制性能好等优势得到了广泛的应用，本课题的设计选用的基于DSP变频调速控制方式必将使之应用于社会生产的各个领域，以体现出不同的功能，达到不同的目的，收到相应的效益。因此，研究基于DSP的变频调速系统这个课题，对于交流变频调速系统理论的应用，有着实际的意义和一定的应用价值。二、国内外研究现状及趋势如今，最主要的异步电动机控制系统调速方式就是变频调速方法，同时随着变频调速的相关技术手段的迅速进步，如现代电力电子技术以及智能控制理论的发展(由此产生的mM、IGCT、IGBT等高效能功率器件)、高性能的微处理器的应用(比如TMS32OLF24O7A DSP)和大量先进的交流电机调速控制理论的引用(如矢量控制和直接转矩控制)，这些都促使了异步电动机变频调速方法在各个方面应用的普及和推广，变频调速的方法在电气控制方面发挥越来越重要的作用，同时变频调速控制技术有着智能化、微型化、网络化的发展趋势以及高容量、高性能的优势会更加突出口12。(1)电力电子技术的引入； (2)现代控制理论和矢量变换控制技术的引入；(3)微处理器、微机与数字信号处理器等先进控制器的引入；(4)新型电机和无传感器控制技术的引入。目前高性能交流调速系统已经可以应用于大容量的调速对象，解决了装置的功能指标问题和高压变流技术问题，填补了直流调速传动在特大容量调速传动方面的空白3；具有高的可靠性及长期连续运行的能力，可连续运行数万小时而不停机检修，满足了某些要求长期不能停机检修或对可靠性有特殊要求的部门的需要；能实现高性能、高精度的转速控制，其调速精度可达0.1%，并实现了矢量变换控制的商品化 45。1、国外发展现状目前,很多国家对变频调速技术做了深入的研究,其中比较突出的包括德国、意大利、英国、美国、日本和加拿大等国家。这些国家的很多科研机构和学者在这个研究领域的研究工作非常突出。国际知名公司SIEMENS. Aachen大学研究院等科研机构和研究学者做出了杰出的贡献,使矢量控制逐渐应用到实际的工程领域中6。值得一提的是日本在变频调速的研究领域也做了很多的工作和贡献,日本自1974刊登了后,日本的一些大学和研究机构就开始了研究工作并且在1978后申请了很多的专利和公开发表了很多高质量的学术论文78。近些年来的变频调速的研究重点在以下几点展开:(1)矢量控制在无速度传感器下的应用;(2)矢量控制在大功率场合中应用;(3)电机参数识别和跟踪;在以上3个研究方向上,美国、德国和日本都有-定的研究并且各有优势领域。日本的优势在于已经将无速度传感器的矢量控制技术应用到通用变频器上;美国则将神经网络等新的技术应用到参数识别领域,IEEE上有很多相关的学术论文;德国在大功率应用领域有-定优势,著名公司已将其应用到兆瓦级的场合9。2、国内发展现状目前，国内变频调速系统的研究己非常活跃，但是在产业化方面还不是很理想，市场的大部分还是被国外公司所占据。我国至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上80年代水平。近十年，变颏器作为商品开始在国内上市，销售额逐年增加，其中，各种进口品牌居多，功率小至百瓦大至数千千瓦；功能简易或复杂；精度低或高；响应慢或快；有PG(测速机)或无PG；有噪音或无噪音等等10。对于许多用户来说，这十年中经历了多次更新，现所使用的变频器大都属于目前最为先进的机型，如果从应用的角度来说，我国的水准与发达国家没有什么两样。作为国内制造商，通过这十年来对国外的先进技术进行消化，也正在积极地进行国产变频器的自主开发，但由于国内自行开发、生产产品的能力相对较弱，对国外公司的依赖性依然比较严重 11。三、本论文的主要内容及安排针对上述背景与条件，本课题综合国内外电机变频调速技术的发展状况，设计用功能强大的信号处理器DSP、智能化的IPM模块和新兴的SVPWM技术去实现变频调速系统。通过SIMULINK仿真软件，根据矢量控制原理，构建各个功能实现的子模块，并设计各个子模块的参数，结合SVPWM算法，得到基于SVPWM的转速-电流开环矢量控制系统仿真模型，进行仿真实验，得出实验结果并对结果进行分析。并从实际应用角度考虑，从安全性、实用性、降低成本方面进行相关的研究1213。论文安排由以下六章组成：第一章：绪论；第二章：三相交流异步电动机交流调速；介绍三相交流异步电动机基本工作原理、交流调速系统，并对比交流电机的各种调速方法；第三章：异步电机的矢量控制理论；第四章：基于DSP的SVPWM交流调速系统的硬件实现；给出矢量控制变频调速系统的硬件设计。在硬件部分，设计矢量控制变频调速系统的主电路和控制电路，为研究更高性能的交流调速系统奠定基础14。第五章：基于DSP的SVPWM交流调速系统的软件实现；第六章：主基于DSP的SVPWM交流调速系统的仿真分析；对矢量控制SVPWM仿真的基本原理和异步电机变频调速的机理进行简要的介绍，对SVPWM的SIMULINK具体实现方法讨论，最终构建开环交流异步电动机变频调速系统15。第七章：结论与展望。参考文献：1 刘和平,邓力,江渝等. DSP原理及电机控制应用.北京:航空航天大学出版社.20062 Liu Kai. Fuzzy frequency conversion driving system based on DSP and IPM. Power System Technology, 2002, 2(13):1178-1182.3 李明,朱美强,郭孝圆.三电平逆变器SVPWM谐波对电动机转矩的影响J.工矿自动化,2007(6):32344 Cristian Lascu. Modified Direct Torque Control for Induction Motor Sensorless DriveJ. IEEE Transactions on Industry Applications,2000,36(l):122-130.5 苏晓梨.基于DSP的异步电机SVPWM变频调速控制系统J.变频器世界,2011(06)6 李天义.异步电机矢量控制系统的节能研究J.电力电子技术,2009(7) 7 Wang Li. Sine-Triangle versus Space-Vector modulation for PWM Voltage-Source invertersJ. IEEE Trans on IA.2002,388 吴红星,谢宗武,张强.基于DSP的电动机控制技术.北京：中国电力出版社,20089 陈坚,交流电机数学模型及调速系统M.北京：国防工业出版社,2006.310 Gabriel R. Field-oriented control of a standard ac motor using microprocessor. IEEE. Trans. Ind. April, 1980, IA-16:18619211 Lin F. Control of induction motor drives considering the effects of dead time and parameter variations. IEEE Trans. 1993, 40 (5):486-495.12 赵博研.异步电动机变频调速系统的研究.硕士学位论文.北京:中国科学院, 200913 范烜.基于DSP的异步电机矢量控制系统的研究与设计D.上海大学,200914 段丽娜.DSP芯片的发展及选型J.电脑知识与技术,2007(18):1668166915 姜涛.基于DSP的异步电机矢量控制系统研究D.武汉理工大学,201016 吴俊.基于FPGA的异步电动机变频调速系统.机电工程, 2012,29(8):94194417 黄立仁.探析基于DSP的交流变频器的研究与实现.科技专论,2012,18(4):32018 马小亮.变频调速典型控制系统(一).电气传动,2012,4