尾桨构型试验台用永磁电机设计与控制

摘要

直升机无论在在国防和经济建设都发挥了巨大的作用。直升机尾桨的结构和旋翼类似(无尾桨技术除外)，位于直升机尾梁上，用于平衡直升机旋翼反作用力矩、保证直升机方向操纵性和稳定性的部件。为了提高尾桨的空气动力学性能和效率，降低噪声，需要研制新型的尾桨形式。尾桨构型试验台是进行尾桨性能参数测试的实验平台，本课题的主要任务就是给尾桨构型试验台提供动力，设计拖动试验台运转的电机调速系统。
　　本文首先分析尾桨构型试验台的技术要求，选择永磁同步电机作为驱动电机。然后综述了永磁同步电动机的研究现状和发展前景，分析了永磁同步电动机的设计方法和理论，根据理论设计方法对尾桨构型试验台用的永磁同步电动机进行了电磁设计，并利用基于等效磁路和电路设计软件RMxprt对电机参数进行了计算，验证了电磁设计的正确性。
　　接着利用有限元分析软件，设计优化电机电磁参数，并深入分析了永磁同步电动机气隙磁场，通过对永磁体形状的优化设计，使得气隙磁场更接近于正弦分布。并拓展研究了求解永磁体最优偏心距的数学解算方法，与有限元计算方法相比，大大缩短了计算时间。利用Ansoft和Magnet有限元软件，对电机的稳态参数和齿槽转矩进行了仿真分析，并计算了电机重要参数。
　　最后设计了永磁同步电动机的控制和监控系统也在本文进行了设计，以可编程逻辑器件PLC作为主控制器，编写了PLC控制程序，通过Profibus-DP现场总线与监控计算机进行通讯。上位机监控软件采用VisualC++编写，对系统进行远程操作和监控。系统调试后运行良好。

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 尾桨构型试验台电机调速系统简介

1.3 永磁同步电动机的发展现状和前景

1.4 本文的主要内容和意义

第二章 永磁同步电动机的分析与设计

2.1 永磁同步电动机的基本理论

2.2 永磁同步电动机电磁设计

2.3 永磁同步电动机磁路计算

2.4 本章小节

第三章 永磁同步电动机的有限元分析

3.1 Ansoft、Magnet软件简介

3.2 永磁同步电动机气隙磁场的分析与优化设计

3.3 最优偏心距的数学解算方法

3.4 永磁同步电动机的稳态特性分析

3.5 本章小结

第四章 永磁同步电动机控制系统设计

4.1 控制系统硬件设计

4.2 PLC软件设计

4.3 上位机监控软件设计

4.4 本章小节

第五章 电机测试及系统实验研究

5.1 永磁同步电动机性能测试

5.2 系统调试及实验结果分析

5.3 本章小结

第六章 本文总结与展望

6.1 本文的主要工作

6.2 存在的问题及进一步工作

参考文献

致谢

在学期间研究成果及发表的学术论文