| 【中文题名】 | 轮式机器人用无刷直流电动机的设计 |
| 【英文题名】 | The Design of BLDCM for Wheeled Robot |
| 【学科专业】 | 电机与电器 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-9-27 |
| 【中关键词】 | 无刷直流电动机,轮式机器人,绕组连接,电磁设计,有限元法,系统仿真 |
| 【英关键词】 | BLDCM,wheeled robot,Windings Connection,electromagnetism design,finite element method,system simulation, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人> |
| 【论文摘要】 |
永磁无刷直流电动机具有惯量小、控制简单、动态性能好等优良特性，因此在航天、机器人、数控机床等许多领域得到了广泛应用。无刷直流电机在国外已经成功应用于对系统要求较高的场合，近年来在国内也引起了广泛的兴趣。本课题针对轮式机器人，设计了无刷直流电动机并设计相应控制系统。
首先，本课题分析了机器人用无刷直流电动机的组成结构、绕组连接，并对三相无刷直流电动机星角接工作方式进行比较，按照无刷直流电动机两种模式运行、多极分数槽等特点进行局部设计。最终以爬坡时状态为参考，经过多次计算得到无刷直流电动机的初始设计方案。
其次，为了提高设计的可靠性及设计成本，本课题用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析软件来对所设计的电磁设计方案进行验证。应用Maxwell 2D软件进一步对设计方案进行分析和校验，以校核仿真结果参数能否与设计方案相吻合。
最后设计了无刷直流电动机的PIC单片机控制系统并对无刷直流电动机进行系统仿真。控制系统CPU采用PIC16F877单片机，它能够提供最佳的性能价格比。系统采用IGBT专用栅极驱动集成电路IR2130，来控制系统主电路。系统仿真采用MATL... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-6 |
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Abstract |
6-9 |
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1 绪论 |
9-16 |
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1.1 课题研究的目的和意义 |
9-11 |
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1.1.1 关于无刷直流电动机应用于轮式机器人研究的意义 |
9 |
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1.1.2 课题研究的目的及电机在课题中的应用 |
9-11 |
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1.2 课题国内外研究动态及其发展 |
11-14 |
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1.2.1 轮式机器人的发展方向 |
11-12 |
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1.2.2 无刷直流电机的发展历史 |
12-13 |
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1.2.3 无刷直流电动机的发展状况及研究方向 |
13-14 |
|
1.2.4 国际上无刷直流电动机的最新研究动向 |
14 |
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1.3 无刷直流电动机的改进与发展 |
14-16 |
|
2 无刷直流电动机的组成结构及绕组连接分析 |
16-41 |
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2.1 无刷直流电动机的组成 |
16-20 |
|
2.2 三相星接无刷直流电动机的基本工作原理 |
20-22 |
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2.3 三相无刷直流电动机的主电路及其工作方式分析 |
22-38 |
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2.3.1 星接三相桥式主电路 |
22-27 |
|
2.3.2 角接三相桥式主电路 |
27-36 |
|
2.3.3 无刷直流电动机星接与角接工作方式的比较 |
36-37 |
|
2.3.4 无刷直流电动机绕组并联星接与角接工作方式的比较 |
37-38 |
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2.4 无刷直流电动机稳态性能的简化分析 |
38-40 |
|
小结 |
40-41 |
|
3 轮式机器人用无刷直流电动机本体的设计 |
41-56 |
|
3.1 轮式机器人用无刷直流电动机设计的主要约束条件 |
41-42 |
|
3.2 无刷直流电动机设计方案的确定 |
42-50 |
|
3.2.1 总体方案的确定 |
42-44 |
|
3.2.2 铁心材料的选择 |
44 |
|
3.2.3 磁路结构的确定 |
44 |
|
3.2.4 无刷直流电动机主要尺寸的确定 |
44-45 |
|
3.2.5 无刷直流电动机极数、槽数的选择 |
45-49 |
|
3.2.6 无刷直流电动机的绕组连接选择 |
49 |
|
3.2.7 无刷直流电动机磁路设计 |
49-50 |
|
3.3 无刷直流电动机的电磁设计 |
50-51 |
|
3.4 无刷直流电动机的 Maxwell RMxprt软件的校验 |
51-54 |
|
3.5 无刷直流电动机的 Maxwell 2D软件的分析 |
54-56 |
|
4 轮式机器人用无刷直流电动机的仿真研究 |
56-65 |
|
4.1 无刷直流电动机的数学模型 |
56-58 |
|
4.2 无刷直流电动机的仿真模型 |
58-63 |
|
4.2.1 无刷直流电动机系统的电机本体模块 |
58-61 |
|
4.2.2 无刷直流电动机系统的逆变器模块 |
61-62 |
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4.2.3 无刷直流电动机的开关触发逻辑模块 |
62 |
|
4.2.4 无刷直流电动机的系统仿真模型 |
62-63 |
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4.3 无刷直流电动机系统的仿真结果分析 |
63-65 |
|
5 无刷直流电动机的PIC单片机控制系统 |
65-70 |
|
5.1 PIC16F877简介 |
65-66 |
|
5.2 功率驱动电路 |
66-67 |
|
5.3 电源电路 |
67-68 |
|
5.4 速度检测及换向电路 |
68 |
|
5.5 电机控制系统 |
68-69 |
|
小结 |
69-70 |
|
6 结论 |
70-71 |
|
参考文献 |
71-74 |
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附录A Ansoft 输出设计清单 |
74-79 |
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附录B 控制系统整体电路 |
79-80 |
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在学研究成果 |
80-81 |
|
致谢 |
81 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.385122 |
