毕业论文课题相关文献综述
文献综述
1.课题的背景与意义
众所周知直流电动机拥有优秀的调速特性，主要表现为可控性好，宽调速范围，大启动转矩，良好的低速性能，高效率，运行稳定等等，因此广泛应用于工业、白色家电、航空航天等领域。在直流电机中直流电通过换向器和电刷流经电枢绕组，并于永磁定子磁场相互作用产生电磁转矩。但是因为换向器和电刷的存在就有一定的缺陷，包括：机械换相火花导致电刷磨损、电磁干扰、换相噪声，这些构件的存在使电机结构变得复杂、可靠性降低以及维护麻烦。人们一直都在寻找一种不依赖电刷和换相器的且具有直流电机特性的电动机。
相对于有百余年历史的异步电机而言无刷直流电机进入实用阶段只有几十年。Boliger 于1917 年提出了用整流管替代有刷直流电机的机械电刷的想法，并取得了一些重要成果，从此有了无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor，即 BLDCM)的基本理论；可是因为当时功率电子器件尚处在起步发展阶段，一直不能找到合适的电子换相的元器件，致使这种电动机一直保持在试验阶段，没有得到推广。美国的D.Harriso 等人于1955 年申请专利，使用晶体管电路来替代电动机机械换向器，自此诞生了具有现代特征的无刷直流电动机。到 20 世纪 60 年代初诞生霍尔元件作为位置传感器使无刷直流电机电机有了启动转矩，至 70 年代后伴随电力电子工业的快速发展继而先后出现了 GTR、MOSFET、IGBT 等高性能大功率电力电子器件，同时新型永磁材料钐钴、钕铁硼等相继面世都为无刷直流电动机的快速推广创造了良好条件。联邦德国的Mannesmann 的Indramat 分部的MAC经典无刷直流电机及其驱动装置在
1978 年的Hannover贸易展会上正式推出，这标志着电子换相的一体化无刷直流电机进入了实用阶段。H.R.Bolton 于1986年对反电动势波形为方波的无刷直流电动机进行了系统全面的予以综述，一直到现在都是研究反电动势波形为方波的无刷直流电动机的经典文献，这也标志着反电动势波形为方波的无刷直流电动机在理论上进入了成熟阶段。国际上对无刷直流电动机进行了更深入的研究，以方波型无刷直流电机为基础研制出了反电动势波形为正弦波的无刷直电机，这种电机后来被称作永磁同步电机（Permanent magnet synchronous motor，PMSM）。伴随新型稀土永磁材料、现代控制理论、微电子技术以及大功率开关器件的发展无刷直流电机迅速扩张，在2007 年北美的消费类电机中无刷直流电机销售额超过了 40 亿美元，仅次于异步电机的 50 亿美元。中国拥有丰富的稀土资源，使用高性能的稀土永磁材料制造转子磁钢，能大幅提高电动机效率，促进电机的小型化。
2. 无刷直流电动机控制技术的发展现状
无刷直流电动机的控制有别于有刷直流电动机或交流感应电机，它需要一些位置传感信息来选择正确的换流顺序。传统的无刷直流电动机通过位置传感器信息来选择正确的换流顺序。但是位置传感器的存在，增加了无刷直流电动机的重量和结构尺寸，不利于电机小型化；同时，传感器的安装精度和灵敏度直接影响电机的运行性能。另一方面，由于传输线太多，容易引入干扰信号；由于是硬件采集信号，更降低了系统的可靠性。针对位置传感器所带来的种种不利影响，为适应无刷直流电动机的进一步发展，无位置传感器控制技术应运而生。
近年来，无刷直流电动机的无位置传感器控制一直是国内外较为热门的研究课题。无位置传感器无刷直流电机的控制是指不依赖位置感器，通过另外的方式得到转子的位置信号、确定逆变器功率管的切换，进而对定子绕组进行换相，保持定子电流和反电势在相位上的严格同步的一种控制方式。在无位置传感器的控制方式中，研究的核心问题主要是如何通过软件和硬件的方法，构建转子状态量的检测电路。由于可以直接测量到的一般只有相电压和相电流两个量，因此，国内外目前所提出的控制方法绝大部分是基于以上两个观测量的。
有多种算法可以实现无位置传感器控制。反电势法和状态观测器法都能比较方便、直观的得到转速信号和位置信息，这两种方法也是目前使用最为广泛的控制方法。尤其是反电势过零点检测法，其原理简单，易于实现，在无位置传感器直流无刷电机控制系统中得到了普遍的应用。此外，国内外还提出了许多新的方法与技术，如涡流法，电流法以及矢量法等控制方法。但这些方法实现起来难度较大，应用条件比较苛刻，只适用于特定的应用场合，因此应用不是很广泛。
智能控制包括矢量控制、模糊算法、人工神经元网络和专家系统等，是目前学术界研究的热点。由于智能控制无需对象的精确数学模型并具有较强的鲁棒性，因而许多学者将智能控制方法引入了电机控制系统的研究。其中，经典PID控制与模糊算法结合所组成的Fuzzy-PID控制、人工神经元网络和模糊控制相结合的复合控制以及人工神经元网络与数字滤波相结合的自适应控制等控制方法代表着当前智能控制的研究方向。
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