1. 研究目的与意义
近年来，随着数字控制系统理论的成熟和电力电子器件性能的提高，伺服系统控制器的性能在不断提高。并且在机械制造业、冶金工业、交通运输以及军事上都得到了广泛的应用。由于微电机技术、电力电子技术以及自动控制技术的发展，伺服电动机及其伺服控制技术得到了进一步发展和完善，正向着机电一体化、轻（量）、小（型）、高（高效、高可靠、高性能）、精（高精度、多功能、智能化）等方向发展，各种新型伺服电动机不断问世。
本文研究的低惯量永磁伺服电机，对其技术要求、结构形式、绕组特点进行分析，得到相对合理的电机方案并借助有限元电磁场仿真软件对水泵电机进行电磁仿真计算并进行研究。对低惯量永磁伺服电机的深入研究，对于我国制造业，国防工业，空间技术的发展，缩小与世界先进国家的差距，节约能源等都有着重要的意义。
2. 课题关键问题和重难点
本课题对低惯量永磁伺服电机的技术要求、结构形式、绕组特点进行分析，得到相对合理的电机方案并借助有限元电磁场仿真软件对水泵电机进行电磁仿真计算。重点分析空载和负载磁路特性，计算重要电磁参数、转矩、损耗、输出功率、效率等数据。并以此为基础，改变永磁体宽度、定子每相绕组匝数和气隙长度等，进行电机性能优化，最终得到一个合理的设计方案和仿真分析数据。故列出以下关键问题及难点：
1）进行背景技术资料收集和总结，尽量全面的搜集和分析相关资料，特别是国外最新信息；
2）确定电机主要尺寸、电磁负荷的选择、电机主要尺寸比及主要尺寸等参数的确定；电机的槽配合；定、转子槽型及槽型尺寸的确定。
3. 国内外研究现状（文献综述）
最早对永磁同步电机的研究主要集中在固定频率供电的永磁同步电机运行特性方面，尤其是对稳态特性和直接起动性能方面的研究。从80年代开始，国外开始对逆变器供电的永磁同步电动机进行研究。逆变器供电的永磁同步电机与直接起动的永薇同步电机的结构基本相同，但在大多数情况下无阻尼绕组。无阻尼绕组可以防止永磁材料温度上升，使电机力矩惯量比上升，电机脉动力矩降低等优点。在逆变器供电情况下，永磁同步电机的原有特性将会受到影响，其稳态特性和暂态特性与恒定频率下的永磁同步电机相比有不同的特点。 G.R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法，设计出了高效率、高力矩馈量比、高能量密度的永磁同步电动机，使永磁同步电动机伺服驱动性能得到了提高。D.Nuanin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制系统，采用16位单片机8097作为控制器，实现高精度、高动态响应的全数字控制。永磁同步电动机尖量控制系统转速控制器大多采用比例积分（N控制。N控制器貝有结构简单、性能良好，对被控制对象参数变化不敏感等优点。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能。 N.Matsui，J．H．Lang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电动机调速系统。仿真和实验结果表明，自适应控制技术能够使调速系统在电动机参数发生变化时保持良好的性能。通过对电动机参数变化进行在线辨识，并运用辨识的参数对调速系统进行控制，也能够提高控制系统的鲁棒性。B．K．Bose等人一直致力于人工智能技术在电气传动领域的应用，并取得了很好的研究成果。与此同时国外一些著名的公司，如日本的 FANUC、安川、富士通、松下，美国的AB公司、科尔摩根公司，德国的西门子公司，法国的BBC公司、韩国三星公司等不断推出交流侗服驱动产品。随着DSP技术的飞速发展，永磁同步伺服系统的数字化正在快速地进行着。天津大学、华中科技大学、沈阳工业大学等研究了单片机或DSP构成的全数字交流侗服系统，采用测控制和空间矢量控制技术，改善电流控制性能和系统响应精度，并开发了数字伺服系统。数字控制技术的应用，不仅使系统获得高精度、高可靠性，还为新型控制理论和方法的应用提供了基础。伺服系统在经历了步进电机伺服和直流电机伺服发展阶段之后，现在已进入了交流伺服迅猛发展的时代。而对于伺服系统对应的功率范围，稀土永磁电机的转矩质量比为其它电力磁电机的两倍左右，并且低速控制性能优异。因此，永磁同步电动机伺服系统的研究愈益受到人们的重视。同其它伺服系统相比，永磁同步电动机伺服系统在性能和结构设计上有其独特之处。我认为伺服技术是机电一体化技术的重要组成部分，它广泛地应用于数控机床工业机器人等工厂自动化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对电伺服系统的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。因此，研究并制造高性能、高可靠性的电伺服系统有着十分重要的现实意义。也可以毫不夸张地说，永磁同步电动机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。
参考文献
[1] 王丰尧. 滑模变结构控制[M]. 北京:机械工业出版社, 1995.
4. 研究方案
1、设计要求：
额定功率（W） | 1500 | 额定电压（V） | 200 |
额定转速（rmp） | 3000 | 额定电流（A） | 8.2 |
额定转矩（N.m） | 4.77 | 峰值电流（A） | 35 |
伺服电机尺寸和结构形式灵活多样，不同的转子结构形式具有不同的性能特点，需要设计人员合理选择不同的转子结构，用来满足用户的特殊要求。总的来说，永磁交流伺服电机设计过程中，需要注意以下几个方面的问题。
1）民用永磁交流伺服电机工作温度相对较低，一般需要考虑电机生产成本。这种电机可采用价格较低、工作温度较低、磁性能高的钕铁硼永磁体，选用绝缘性较低的绝缘材料。如果电机发热不严重，这类电机可采用自然冷却。电机转子的机械强度必须符合要求。
2）提高电机工作效率，意味着降低电机损耗，电极损耗包括铜耗、铁耗、杂散损耗等。当电机负载变化不大时，可以将电机额定工作点功率设计得较高，这样可以保证额定点的工作效率。当电动机负载的变化较大是，额定工作点的功率因数不能设计的太高，这样可以保证电机过载运行时的效率也比较高。
3）提高永磁交流伺服电机的启动性、稳态动能，合理选择电机磁路结构。电机的启动阻力矩主要是齿槽转矩。设计电机时，可以通过极槽配合、减少槽口宽等方法减小齿槽转矩。电机动态性能上主要取决于电机的转动惯量和输出转矩。
5. 工作计划
1、知识储备阶段：查阅课题相关文献，进行背景技术资料收集和总结。了解国内外永磁伺服电机的发展现状和前景。
2、分析阶段：分析已有的伺服电机技术，对本课题的主要目标进行总结。确定电机主要尺寸、槽配合；定、转子槽型及槽型尺寸。
3、设计阶段：按照本课题的设计要求，完成电机定子冲片、定子绕组以及转子铁心设计，并完成电机电磁设计方案。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
