无刷直流电机数字化虚拟设计平台的研究

论文摘要

通过对可视化设计方法、虚拟设计技术和电机控制仿真技术的深入研究,提出了一种新的电机设计方法。该方法将计算机辅助设计技术和虚拟现实技术相结合,实现无刷直流电机可视化设计,并利用OpenGL技术建立无刷直流电机的虚拟仿真场景,将所设计的电机加入到虚拟环境中进行电机的控制仿真,根据运行结果修正设计参数,实现电机的优化设计。首先分析介绍了无刷直流电机可视化设计原理,阐述了无刷直流电机电磁设计方法,在此基础上提出了电机参数的优化设计方法。该方法根据电机定子和转子的几何造型,采用点、线、面的方式,将其表面划分为若干小平面,求出各个顶点的坐标值,利用OpenGL的图元构造函数构建其三维模型;以定子体积为优化目标,设计电机时在满足无刷直流电机性能目标参数条件下,使定子的体积最小。其次为了能更生动直观地表现电机性能,对无刷直流电机控制系统虚拟仿真方法进行了研究。研究了电机虚拟模型的创建与运行控制方法,利用VC++与Matlab之间的应用程序接口实现电机系统的后台仿真,根据仿真运算结果控制虚拟电机对象的运作。最后,根据无刷直流电机电磁设计和虚拟仿真方法,设计、开发了一个无刷直流虚拟设计平台。该平台提供了无刷直流电机的基本参数设计功能,对其进行快速可靠的参数计算,并根据定转子的设计形状和参数对其进行三维物理建模;通过虚拟仿真系统的运行效果和反馈信息,调整电机的各项设计参数,使所设计电机的性能达到最佳。通过对电机的参数设计和虚拟仿真,增强了电机设计的交互性和可视性,使电机设计效率和可靠性得到进一步提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 无刷直流电机虚拟设计平台总体设计
• 2.1 系统的总体设计
• 2.2 系统的结构与功能
• 2.3 本章小结
• 第三章 无刷直流电机电磁可视化设计原理与实现
• 3.1 概述
• 3.2 无刷直流电机电磁设计
• 3.2.1 无刷直流电机主要尺寸的确定
• 3.2.2 无刷直流电机的电磁计算
• 3.3 无刷直流电机参数优化设计
• 3.3.1 定转子虚拟原型的生成
• 3.3.2 定转子目标参数最优设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 无刷直流电机虚拟仿真原理与实现
• 4.1 三维仿真机构的建立
• 4.1.1 OpenGL 仿真技术
• 4.1.2 仿真机构三维模型的建立
• 4.2 无刷直流电机仿真系统的建立
• 4.2.1 无刷直流电机仿真原理
• 4.2.2 控制系统仿真接口设计
• 4.3 后台仿真程序的建立
• 4.4 系统间数据动态交换的方法
• 4.5 实验及结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 无刷直流电机虚拟设计平台运行实例
• 5.1 系统运行实例
• 5.2 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文及专利