中小企業(yè)創(chuàng)新基金軸直驅(qū)永磁同步電機(jī)變頻洗衣機(jī)控制器項(xiàng)目可研報(bào)告

1、軸直驅(qū)永磁同步電機(jī)變頻洗衣機(jī)控制器技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 ghlj電子技術(shù)有限公司二00三年九月目 錄一、 總論4（一）項(xiàng)目概述（二）申報(bào)創(chuàng)新基金的必要性（三）項(xiàng)目實(shí)施的優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)（四）項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)（五）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比二、 申報(bào)企業(yè)概況 10（一）申報(bào)企業(yè)的基本概況（二）企業(yè)人員及開發(fā)能力（三）企業(yè)財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)狀況（四）企業(yè)管理情況（五）企業(yè)發(fā)展思路三、 項(xiàng)目技術(shù)可行性和可靠性分析 16（一）項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新性論述（二）項(xiàng)目技術(shù)成熟性和產(chǎn)品可靠性論述四、 項(xiàng)目產(chǎn)品市場(chǎng)調(diào)查與競(jìng)爭(zhēng)能力預(yù)測(cè).36（一）產(chǎn)品主要用途和市場(chǎng)需求量及未來市場(chǎng)預(yù)測(cè)（二）產(chǎn)品國(guó)內(nèi)主要研制單位及主要生產(chǎn)廠家研發(fā)情況（三

2、）國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力預(yù)測(cè)五、 項(xiàng)目實(shí)施方案. 38（一）項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃（二）技術(shù)方案（三）生產(chǎn)方案（四）營(yíng)銷方案（五）節(jié)能環(huán)保與安全生產(chǎn)六、 投資預(yù)算及資金籌措44（一）投資預(yù)算（二）資金籌措（三）資金使用計(jì)劃七、 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析.46（一）產(chǎn)品成本分析（二）銷售收入和銷售稅金估算（三）經(jīng)濟(jì)效益分析（四）項(xiàng)目投資評(píng)價(jià)（五）社會(huì)效益分析八、 項(xiàng)目可行性研究報(bào)告編制說明 50（一）可行性研究報(bào)告編制單位（二）可行性研究報(bào)告編制人員九、 項(xiàng)目可行性研究報(bào)告的專家論證意見.51（一）專家論證意見（二）專家論證組名單附表：表1 新增固定資產(chǎn)投資估算表表2 流動(dòng)資金估算表表3 投資計(jì)劃及資金籌措表表4

3、固定資產(chǎn)折舊費(fèi)估算表表5 人力成本預(yù)算表表6 總成本費(fèi)用估算表表7 產(chǎn)品銷售收入和銷售稅金及附加估算表表8 財(cái)務(wù)現(xiàn)金流量預(yù)測(cè)表表9 資金來源與運(yùn)用表 表10 損益表表11 資產(chǎn)負(fù)債表表12 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表 表13 敏感性分析表附件：詳見申請(qǐng)書附件附圖： 永磁同步電機(jī)變頻控制器中試線工藝平面圖一、總論（一）項(xiàng)目概述軸直驅(qū)永磁同步電機(jī)變頻洗衣機(jī)控制器是屬于光機(jī)電一體化領(lǐng)域電力電子設(shè)備中的智能控制模塊。該控制技術(shù)是集自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、數(shù)字/模擬信號(hào)分析應(yīng)用技術(shù)為一體的高技術(shù)集合體?？刂葡到y(tǒng)采用矢量控制模型和永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁控制算法，解決了控制精度和穩(wěn)定性的矛盾，使本系統(tǒng)在有高

4、的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的同時(shí)又具有高的穩(wěn)定性。基于超前角控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁增速的方法，極大拓寬了永磁電機(jī)的調(diào)速范圍。這些為整機(jī)的高可靠性奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也是本系統(tǒng)的控制核心和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。該控制器技術(shù)及主要性能指標(biāo)屬于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際同期同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。永磁同步電機(jī)變頻控制器應(yīng)用領(lǐng)域廣，市場(chǎng)前景好。本項(xiàng)目擬投資1400萬元，建成我國(guó)先進(jìn)的永磁同步電機(jī)變頻控制器中試線，為產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)。（二）申報(bào)創(chuàng)新基金的必要性1項(xiàng)目發(fā)展的需要該項(xiàng)目二00一年立項(xiàng)開始研制，已投入研制經(jīng)費(fèi)800萬元。在研制過程中，根據(jù)用戶山東小鴨電器股份有限公司的需要，研制出性能指標(biāo)都滿足用戶的要求，提供用戶試用，用戶使用滿意。項(xiàng)

5、目經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)創(chuàng)新，已于2003年9月21日由北京市科委獎(jiǎng)勵(lì)辦主持召開鑒定會(huì)，專家一致通過該項(xiàng)目科技成果技術(shù)鑒定。與會(huì)專家和領(lǐng)導(dǎo)希望盡快進(jìn)行小批量試制。所以根據(jù)項(xiàng)目發(fā)展的需要，根據(jù)市場(chǎng)的需求，申請(qǐng)創(chuàng)新基金得到國(guó)家的扶持，建一條中試線，項(xiàng)目從研制階段進(jìn)入中試小批量生產(chǎn)階段。2產(chǎn)品市場(chǎng)前景好我國(guó)家電的變頻化進(jìn)程剛剛開始，變頻技術(shù)正逐步進(jìn)入家電領(lǐng)域。根據(jù)forward concepts的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)，dsp的市場(chǎng)每年以30%的增長(zhǎng)率不斷擴(kuò)充，增長(zhǎng)的速度甚至比整個(gè)半導(dǎo)體工業(yè)快5%，預(yù)計(jì)到2007年整個(gè)dsp的市場(chǎng)產(chǎn)值將達(dá)到500億美元，掀起以dsp發(fā)展為基礎(chǔ)的新浪潮，所以新型dsp運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用

6、產(chǎn)品市場(chǎng)前景很好。使用永磁同步電動(dòng)機(jī)采用軸直連方式驅(qū)動(dòng)的變頻洗衣機(jī)，取消了復(fù)雜的行星離合減速器和三角皮帶等易損件，比普通洗衣機(jī)具有整機(jī)重量輕、耗電量小、噪音低、節(jié)水、洗凈率高、智能化、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)等特點(diǎn)，已經(jīng)成為目前洗衣機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。目前永磁同步電機(jī)在我國(guó)開始廣泛應(yīng)用，如在音響設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、儀器儀表、工業(yè)機(jī)器人、家用電器、微型汽車、電動(dòng)自行車、數(shù)控機(jī)床等方面都已獲得應(yīng)用。采用永磁同步電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)高可靠性、長(zhǎng)壽命和無須維護(hù)。所以控制器的開發(fā)和其控制方法的研究無疑有著十分廣闊的發(fā)展前景。申請(qǐng)創(chuàng)新基金希望得到國(guó)家支持，以滿足市場(chǎng)的需求。3經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益好本產(chǎn)品不僅有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且有較好

7、的社會(huì)效益，當(dāng)前，我國(guó)市場(chǎng)出現(xiàn)的變頻洗衣機(jī)使用的變頻控制器都是進(jìn)口件，山東小鴨電器集團(tuán)公司2001年采用日本東芝公司的變頻控制器，經(jīng)使用我公司試制該產(chǎn)品后，決定不使用日本產(chǎn)品，迫切需要國(guó)產(chǎn)的dsp變頻洗衣機(jī)控制器。所以本產(chǎn)品推向市場(chǎng)可取代從國(guó)外進(jìn)口，可為國(guó)家節(jié)約創(chuàng)匯。本產(chǎn)品采用的變頻技術(shù)與定頻技術(shù)相比，節(jié)能效果顯著。變頻洗衣機(jī)耗電省、噪聲低、控制精度高，并采用模擬控制原理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行。本產(chǎn)品具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。4符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)入九十年代以來，隨著mcu（微控制器單元）、dsp（數(shù)字信號(hào)處理器）和功率電子器件的飛速發(fā)展，目前mcu、dsp運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)已成為許多新興科技發(fā)展的主

8、要?jiǎng)恿?。特點(diǎn)是帶有運(yùn)動(dòng)控制功能的mcu、dsp電機(jī)控制專用器件和集成度很高的智能功率模塊（ipm）引入家電器具之后，使家電產(chǎn)品電子化的水平得到空前提高。軸直驅(qū)永磁同步電機(jī)變頻洗衣機(jī)控制器技術(shù)是屬于光機(jī)電一體化技術(shù)。它改變了傳統(tǒng)行業(yè)的生產(chǎn)工藝，可產(chǎn)生出功能更強(qiáng)、性能更好的的新一代高新技術(shù)產(chǎn)品，可使產(chǎn)品的功能提高、適應(yīng)領(lǐng)域擴(kuò)展、體積減小、重量減輕、適應(yīng)性加強(qiáng)、可靠性提高，使產(chǎn)品具備更加良好的性能價(jià)格比。該控制器是屬于科技部2003年度科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金若干重點(diǎn)項(xiàng)目指南中第58頁電力電子設(shè)備中本年度重點(diǎn)支持的第5“智能控制模塊的開發(fā)”。國(guó)家支持發(fā)展這一技術(shù)的目的在于：“提高和改變傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品

9、的性能、質(zhì)量、品種結(jié)構(gòu)和配套現(xiàn)狀，開發(fā)新一代具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的智能型產(chǎn)品，促進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的升級(jí)換代?！眊hjl公司的智能模塊控制器研制成功，能提高和改變傳統(tǒng)洗衣機(jī)控制器的性能、質(zhì)量，是屬于我國(guó)開發(fā)新一代具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的智能型產(chǎn)品，是傳統(tǒng)洗衣機(jī)控制器升級(jí)換代產(chǎn)品，是符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的。5帶動(dòng)推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軸直驅(qū)永磁同步電機(jī)變頻用智能控制模塊可以推動(dòng)傳統(tǒng)洗衣機(jī)的升級(jí)換代，推動(dòng)洗衣機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；該智能控制模塊需要微處理器mcu、dsp芯片，從而可帶動(dòng)相關(guān)集成電路芯片的發(fā)展；另外，變頻洗衣機(jī)功率轉(zhuǎn)換部分應(yīng)用于igbt、mosfet等電力電子器件，還需要大量線路板，電子元器件。這些給我國(guó)微電子行

10、業(yè)的發(fā)展提供了廣闊市場(chǎng)，從而促進(jìn)帶動(dòng)我國(guó)電子行業(yè)的發(fā)展。綜上所述，申請(qǐng)創(chuàng)新基金是非常必要的。（三）項(xiàng)目實(shí)施的優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)1、優(yōu)勢(shì)（1）人才優(yōu)勢(shì)ghjl公司主要技術(shù)人才是由匯能公司的一個(gè)事業(yè)部運(yùn)動(dòng)控制事業(yè)部的全體研發(fā)人員組成的。匯能公司是中國(guó)節(jié)能投資公司和中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)第十三所共同組建的有限責(zé)任制公司。十三所是技術(shù)入股和人才入股。企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和主要經(jīng)營(yíng)管理者及技術(shù)開發(fā)人員絕大部分是十三所的科技人才。幾年來為ghjl公司培養(yǎng)了一批懂技術(shù)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的高科技人才，所以具有人才優(yōu)勢(shì)。（2）技術(shù)優(yōu)勢(shì)聶榮琪是十三所從事電力電子技術(shù)領(lǐng)域的最元老的專家，98年他帶領(lǐng)一批技術(shù)人員從事開發(fā)工作，學(xué)習(xí)國(guó)外最先進(jìn)的d

11、sp技術(shù)，在國(guó)內(nèi)率先將dsp變頻技術(shù)應(yīng)用于洗衣機(jī)、冰箱等產(chǎn)品中，2003年9月dsp變頻洗衣機(jī)控制器在國(guó)內(nèi)率先通過專家鑒定，產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)成熟，技術(shù)水平為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，達(dá)到國(guó)外同期同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。所以具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。（3）條件優(yōu)勢(shì)北京ghjl公司地處順義林河工業(yè)開發(fā)區(qū)，是匯能公司和ghjl公司的生產(chǎn)基地，有先進(jìn)的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，在寬敞的廠房，不必新建廠房。可以很快建成我國(guó)先進(jìn)的電機(jī)變頻控制生產(chǎn)線，水電氣等外部條件均有保障。為新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了良好的條件。2、風(fēng)險(xiǎn)本產(chǎn)品是高新技術(shù)產(chǎn)品，用于家電洗衣機(jī)中做變頻控制，產(chǎn)品使用需要用戶的認(rèn)可過程，也需要消費(fèi)者認(rèn)可。高新技術(shù)產(chǎn)品用于變頻洗衣機(jī)中，價(jià)格比一般的洗

12、衣機(jī)要貴些，需要消費(fèi)者認(rèn)可。需要降低成本，提高產(chǎn)品可靠性和性價(jià)比，大批量生產(chǎn)才能取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。（四）項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)1、總體目標(biāo)本項(xiàng)目執(zhí)行期計(jì)劃新增投資1400萬元。其中新增固定資產(chǎn)投資600萬元，流動(dòng)資金投資800萬元。項(xiàng)目完成后達(dá)到中試生產(chǎn)階段，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)4萬套變頻洗衣機(jī)控制器生產(chǎn)能力，因項(xiàng)目實(shí)施新增加就業(yè)人員30人，企業(yè)職工人數(shù)達(dá)到108人，企業(yè)資產(chǎn)規(guī)模達(dá)到1669萬元。2、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)在執(zhí)行期兩年內(nèi)累計(jì)產(chǎn)量達(dá)6萬套變頻洗衣機(jī)控制器。累計(jì) 銷售收入2880萬元累計(jì) 稅金總額 164萬元累計(jì) 凈利潤(rùn) 308萬元 工業(yè)增加值 762 萬元3、階段目標(biāo)2003.10-2004.4 廠房改造、訂購(gòu)設(shè)

13、備儀器、市場(chǎng)開拓，落實(shí)銀行貸款500萬元。試生產(chǎn)0.6套變頻洗衣機(jī)控制器；2004.5-2004.10 可靠性技術(shù)研究、人員培訓(xùn)、安裝調(diào)試設(shè)備、落實(shí)資金480萬元，其中自籌資金100萬元，創(chuàng)新基金80萬元，銀行貸款300萬元。試生產(chǎn)1.4萬套變頻洗衣機(jī)控制器；2004.11-2005.4 中試生產(chǎn)1.5萬套變頻洗衣機(jī)控制器。落實(shí)資金600萬元，其中自籌資金200萬元，銀行貸款400萬元。 2005.5-2005.10 落實(shí)資金620萬元，其中自籌資金200萬元，銀行貸款400萬元，撥款20萬元。中試生產(chǎn)2.5萬套變頻洗衣機(jī)控制器,達(dá)到驗(yàn)收。4、技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)（1）主要技術(shù)指標(biāo)輸入電壓： 180

14、-250v 高速范圍：20-1000rpm輸入電流： 5a 控制方式：spwm波載波頻率： 16khz 額定功率：200w輸出功率： 700w保護(hù)功能：過、欠壓保護(hù)，過流保護(hù)，啟動(dòng)保護(hù)，過熱保護(hù)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速選擇功能（2）質(zhì)量指標(biāo) 通過is09001質(zhì)量體系認(rèn)證5、資金投入及使用計(jì)劃 單位：萬元時(shí)時(shí)間資金來源2004年2005年合計(jì)上半年下半年上半年下半年企業(yè)自籌100200200500財(cái)政撥款8020100銀行貸款5003004004001600合 計(jì)5004806006202200（五）主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比1主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比2003年主要技術(shù)指標(biāo)2005年主要技術(shù)指標(biāo)額定輸出功率200w額定輸

15、出功率240w調(diào)速范圍201000rpm調(diào)速范圍201200rpm剎車性能20秒剎車性能3秒2、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比單位：萬元、萬套經(jīng)濟(jì)指標(biāo)名稱項(xiàng)目實(shí)施前2003年項(xiàng)目實(shí)施中2004年項(xiàng)目實(shí)施中2005年項(xiàng)目實(shí)施后2006年年產(chǎn)量052.3344.5年銷售收入2591085.34179491923繳稅總額04459.85103.81112.6年凈利潤(rùn)-31145.4326232288.2二、申報(bào)企業(yè)概況（一）申報(bào)企業(yè)情況1、企業(yè)名稱： ghjl電子技術(shù)有限公司2、通訊地址：3、注冊(cè)地址：4、注冊(cè)時(shí)間：2001年10月22日5、注冊(cè)資金：1200萬元6、主管單位名稱：（二）企業(yè)人員及開發(fā)能力1、企業(yè)

16、法定代表人：韓直韓*，男，1946年8月生。1968年畢業(yè)于北京理工大學(xué)，70年分配在電子工業(yè)部十三所從事科研工作，多年來，從事高頻可控硅研究，靜電感應(yīng)晶體管研制及其應(yīng)用研究，榮獲9項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)和國(guó)家級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，發(fā)表50余篇論文，95年由電子部評(píng)為研究員級(jí)高工，擔(dān)任國(guó)家科委、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和河北省政府等科研機(jī)構(gòu)專家。1993年底，他親自帶領(lǐng)十三所一批高科技人才，從事電力電子、光電子和通訊領(lǐng)域的技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化事業(yè)，做為公司的主要決策人在公司成立初期選準(zhǔn)了第一個(gè)投放市場(chǎng)的產(chǎn)品通訊電源和市場(chǎng)的切入點(diǎn)，使得公司迅速發(fā)展壯大起來，銷售額以每年50%的速度遞增，十年來已經(jīng)注冊(cè)5個(gè)子公司，年產(chǎn)值達(dá)2億

17、元，產(chǎn)品遍及全國(guó)和世界某些國(guó)家，公司成為中國(guó)各行業(yè)上規(guī)模綜合效益前200位企業(yè)，韓直總經(jīng)理被評(píng)為中國(guó)節(jié)能投資公司的優(yōu)秀經(jīng)理，河北省改革功臣。現(xiàn)任中國(guó)節(jié)能投資公司常務(wù)副總經(jīng)理兼任ghjl公司董事長(zhǎng)、法定代表人,由于工作太忙,經(jīng)董事會(huì)討論通過ghjl公司董事長(zhǎng)更換張秦生(現(xiàn)任匯能公司總經(jīng)理)，變更手續(xù)正在辦理中。2、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：王*王* 男 1957年9月生 1982年畢業(yè)中央電大電子專業(yè)，工程師?，F(xiàn)任ghjl公司副總經(jīng)理，國(guó)家注冊(cè)審核員。96年前，任錄音機(jī)廠研究所電氣研究室主任，總工辦主任。先后從事工藝技術(shù)研究，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制定，新品項(xiàng)目開發(fā)及技術(shù)管理工作。承擔(dān)研制ly637型廣播專業(yè)磁帶錄音機(jī)被河

18、北省人民政府評(píng)為“河北省優(yōu)秀新產(chǎn)品二等獎(jiǎng)”，并頒發(fā)榮譽(yù)證書；作為主要開發(fā)人的lya807=gl2型甲級(jí)廣播專業(yè)錄音機(jī)被國(guó)家科委列為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品。（編號(hào)：130091382014）。同年列入國(guó)家星火計(jì)劃。通過省部級(jí)專家鑒定，填補(bǔ)了國(guó)家甲級(jí)錄音機(jī)的空白。被廣播電視部指定為同類進(jìn)口產(chǎn)品的替代產(chǎn)品。王*同志曾擔(dān)任中國(guó)錄音師協(xié)會(huì)音頻電路及錄音技術(shù)主講教師，在中央人民廣播電臺(tái)、國(guó)際臺(tái)及海峽之聲及全國(guó)省級(jí)電臺(tái)專業(yè)錄音技術(shù)培訓(xùn)班上授課，反映良好。96年進(jìn)入?yún)R能公司工作，并在北京生產(chǎn)基地：北京匯能亞澳通訊設(shè)備廠任副廠長(zhǎng)，主抓產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)控制及質(zhì)量體系受控工作。組織完成了iso9001：2000國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量

19、體系認(rèn)證工作。使公司質(zhì)量管理體系與國(guó)際接軌。他組織編寫了“質(zhì)量體系程序文件和質(zhì)量手冊(cè)”，97年17種產(chǎn)品通過郵電網(wǎng)認(rèn)證，并取得廣電網(wǎng)和國(guó)際通訊網(wǎng)入網(wǎng)證書。在企業(yè)積極推進(jìn)企標(biāo)，建立備案，新品生產(chǎn)組織性能驗(yàn)證工作。加快技術(shù)進(jìn)步提高品質(zhì)質(zhì)量，2002年被石家莊市人民政府授予“科學(xué)技術(shù)進(jìn)步組織獎(jiǎng)”證書。3、項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人：許*許* 男、1967年10月生。現(xiàn)任公司副總工程師。1989年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電子工程系半導(dǎo)體物理與器件專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位。長(zhǎng)期從事電力電子領(lǐng)域的科研及新產(chǎn)品開發(fā)工作，主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)變頻控制器及開關(guān)電源。作為hrm1s30型通信用高頻開關(guān)電源整流器及hrm48-300型一體化通

20、信用開關(guān)電源第一完成人，獲1999年度河北省電子行業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；作為第二完成人，參與研制的hrm1s50 48v/50a型通信用高頻開關(guān)整流器，獲得了2002年度河北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；完成了國(guó)家經(jīng)貿(mào)委下達(dá)的hr3s100 48v/100a通訊用太陽能電源行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；2001年作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人參與研制了國(guó)家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能環(huán)?；鹬攸c(diǎn)新項(xiàng)目hdkb系列冷凍冷藏箱直流無刷壓縮機(jī)變頻控制器。在2001年中國(guó)家用技術(shù)大會(huì)上發(fā)表了論文一種基于dsp的無傳感器直流無刷壓縮機(jī)控制器在變頻冰箱中的應(yīng)用；在家用電器科技2000年第九期發(fā)表直流無刷電機(jī)dsp控制器的開發(fā)及其在變頻電冰箱中的應(yīng)用論文；在家用電器科技2

21、003年第3期發(fā)表表貼式全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)電腦板的設(shè)計(jì)開發(fā)（已錄用）。在本項(xiàng)目中具體負(fù)責(zé)永磁同步電機(jī)控制器的系統(tǒng)匹配、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究工作。4、企業(yè)人員基本情況ghjl公司現(xiàn)有職工人數(shù)為78人，其中大專以上人員數(shù)為36人，占總?cè)藬?shù)的46.15%；2002年7月31日由北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)認(rèn)定為高新技術(shù)企業(yè)，編號(hào)為0211005a0287。（見附件）企業(yè)主要管理干部10人，其中大專以上人數(shù)9人，平均年齡為40.8歲，是一支比較年青而富有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的能干的領(lǐng)導(dǎo)集體。技術(shù)研制人員：28人 占總?cè)藬?shù)的35.9%生產(chǎn)人員： 30人 占總?cè)藬?shù)的38.5%營(yíng)銷人員： 6人 占總?cè)藬?shù)的7.6%管理人員： 14人

22、 占總?cè)藬?shù)的18%6、新產(chǎn)品開發(fā)能力（1）研發(fā)組織領(lǐng)導(dǎo)ghjl公司領(lǐng)導(dǎo)非常重視企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工作和新產(chǎn)品研制工作，總經(jīng)理親自抓企業(yè)的研發(fā)方向。在總經(jīng)理領(lǐng)導(dǎo)下由總工程師和副總工程師制定研發(fā)計(jì)劃，確定研制項(xiàng)目?？偣こ處熀透笨偣こ處熡H自參與研發(fā)工作，而且組織協(xié)調(diào)研發(fā)工作。每年投入大量資金用于新產(chǎn)品開發(fā)，現(xiàn)已投入研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)800萬元，取得了一些研發(fā)成果。（2）研發(fā)機(jī)構(gòu)ghjl公司有五個(gè)新產(chǎn)品開發(fā)部：1、 混合勵(lì)磁電機(jī)控制器開發(fā)部2、 低壓永磁同步電機(jī)控制器開發(fā)部3、 伺服永磁同步電機(jī)控制器開發(fā)部4、 通用交流感應(yīng)電機(jī)控制器開發(fā)部5、 直流無刷電機(jī)控制器開發(fā)部（3）研發(fā)隊(duì)伍：本企業(yè)在總工程師的具體組織下

23、建立了一批精明能干的研發(fā)隊(duì)伍。有十三所老專家和青年研發(fā)骨干為核心，在社會(huì)招聘富有經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)人員；為了培養(yǎng)年青的研發(fā)人員，近年來在大學(xué)招收有能力的大學(xué)生參加研發(fā)隊(duì)伍，為本項(xiàng)目及其它相關(guān)項(xiàng)目技術(shù)開發(fā)儲(chǔ)備力量。（4）研發(fā)成果及技術(shù)水平 企業(yè)2001年10月份注冊(cè)，2002年至今企業(yè)從事電機(jī)變頻控制器研制開發(fā)工作，2003年9月鑒定xqg50-8510f22軸直驅(qū)永磁同步電機(jī)變頻洗衣機(jī)控制器和mdu05y/36p1低壓永磁同步電機(jī)控制器兩項(xiàng)研發(fā)成果。成果技術(shù)水平為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際同期同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。（三）企業(yè)財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)狀況企業(yè)2001年10月注冊(cè)。從2002年財(cái)務(wù)審計(jì)報(bào)告中利潤(rùn)表中得知：2002年虧損5

24、03萬元，主要原因是企業(yè)成立不久，增加部分固定資產(chǎn)、研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入很大，新產(chǎn)品還沒有投入市場(chǎng)，故造成暫時(shí)虧損。1、上年（2002年）企業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)企業(yè)總資產(chǎn) 1069萬元 總 收 入 36萬元總 負(fù) 債 372萬元 固定資產(chǎn)總額 153萬元產(chǎn)品銷售收入 5萬元 凈 利 潤(rùn) -503萬元上繳稅費(fèi) 0萬元 流 動(dòng) 比 率 246%速動(dòng)比率 114% 應(yīng)收收款周轉(zhuǎn)率 54%2、今后三年企業(yè)的財(cái)務(wù)預(yù)測(cè) 單位：萬元經(jīng)濟(jì)指標(biāo)2004年2005年2006年總收入180024002800產(chǎn)品銷售收入180024002800凈利潤(rùn)200300370上繳稅金100130170（四）企業(yè)管理情況1、企業(yè)管理制度ghjl

25、公司按現(xiàn)代企業(yè)制度進(jìn)行經(jīng)營(yíng)、獨(dú)立核算、自負(fù)盈虧、法人治理。在人力資源、項(xiàng)目研發(fā)、薪酬體制、財(cái)務(wù)制度、業(yè)績(jī)考核、生產(chǎn)管理、設(shè)備控制等方面均建有整套的管理制度，實(shí)施文件化、法治化管理，并建有公司章程。從各方面規(guī)范公司的經(jīng)營(yíng)行為。 2、質(zhì)量保證體系ghjl公司實(shí)施iso9001：2000的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量體系管理，從顧客信息到項(xiàng)目研發(fā)、材料采購(gòu)、供方評(píng)價(jià)、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品交付、用戶培訓(xùn)全過程，實(shí)施程序控制，有法可依，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了顧客需求。市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，質(zhì)量體系運(yùn)行可控有效。3、產(chǎn)權(quán)情況ghjl公司成立近兩年來，自主研制開發(fā)多種項(xiàng)目。2003.9.21日由北京市科委主持鑒定兩個(gè)項(xiàng)目，通過專家鑒定的

26、科技成果，是ghjl公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。4、企業(yè)信譽(yù)匯能公司屬中國(guó)建行aaa級(jí)信用企業(yè)。ghjl公司原匯能公司運(yùn)動(dòng)控制事業(yè)部，發(fā)展后獨(dú)立注冊(cè)經(jīng)營(yíng)。2003年貸款500萬元，按季足額付息，企業(yè)信譽(yù)較高。5、企業(yè)商譽(yù)在與小鴨電腦板供貨中，雙方誠(chéng)信友好，從開始的單一品種試用到一年后，多品種電腦板控制器的獨(dú)家供應(yīng)，其誠(chéng)信、技術(shù)、商譽(yù)是起決定因素的。（五）企業(yè)發(fā)展思路ghjl公司的優(yōu)勢(shì)在于擁有一支強(qiáng)大的開發(fā)隊(duì)伍和一支團(tuán)結(jié)的領(lǐng)導(dǎo)集體。通過近年來的努力，在電機(jī)控制領(lǐng)域和變頻家電領(lǐng)域，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外享有一定的知名度。今后的發(fā)展思路是：以技術(shù)求發(fā)展、以產(chǎn)品求效益、以效益開發(fā)新產(chǎn)品、以新產(chǎn)品擴(kuò)大市場(chǎng)、立足國(guó)內(nèi)、面

27、向世界。充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，在永磁同步電機(jī)和直流無刷電機(jī)控制領(lǐng)域始終保持國(guó)內(nèi)領(lǐng)先和國(guó)際先進(jìn)水平。三、 項(xiàng)目的技術(shù)可行性和成熟性分析（一）項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新性論述 1、基本原理及關(guān)鍵技術(shù)使用永磁同步電動(dòng)機(jī)采用軸直連方式驅(qū)動(dòng)的變頻洗衣機(jī)，取消了復(fù)雜的行星離合減速器和三角皮帶等易損件，比普通洗衣機(jī)具有整機(jī)重量輕、耗電量小，噪音低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為目前洗衣機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。洗衣機(jī)是一個(gè)典型的低速要求大轉(zhuǎn)矩而高速要求小轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)，而且由于電動(dòng)機(jī)采用軸直連方式驅(qū)動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)需要有很寬的調(diào)速范圍。選用正弦波的永磁同步電動(dòng)機(jī)可以減小洗衣機(jī)啟動(dòng)時(shí)低速下的轉(zhuǎn)距脈動(dòng)，同時(shí)在高速時(shí)可以采用弱磁增速的方法來拓寬調(diào)速范圍。永磁同步電機(jī)

28、（pmsm）因具有顯著的節(jié)能、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于家用電器。開發(fā)和生產(chǎn)可用于該種洗衣機(jī)的小型盤式永磁同步電機(jī)，對(duì)于現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)來說，已不是一件很困難的事。但在數(shù)字信號(hào)處理（dsp）芯片出現(xiàn)之前,高性能的電機(jī)變頻器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),幾乎是不可能的事?，F(xiàn)在國(guó)外一些公司相繼推出了用于電機(jī)調(diào)速的專用dsp芯片，在洗衣機(jī)等家用電器及工業(yè)變頻控制中，以其結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性高，功能強(qiáng)和成本低等優(yōu)勢(shì)而被人們所采用。我們注意到該技術(shù)的應(yīng)用前景，在陸續(xù)進(jìn)行了一些探索和開發(fā)的基礎(chǔ)上，對(duì)帶位置傳感器的pmsm變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，開發(fā)成功軸直連方式永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變頻洗衣機(jī)控制器，取得了十分

29、滿意的使用效果。這樣就解決了永磁同步電機(jī)在洗衣機(jī)中應(yīng)用的主要技術(shù)難題,為軸直連方式變頻洗衣機(jī)的商業(yè)化生產(chǎn)鋪平了道路.雖然有了dsp及功率開關(guān)模塊（ipm）等硬件基礎(chǔ),但如果沒有能夠應(yīng)用于具體硬件結(jié)構(gòu)上的電機(jī)控制算法及控制程序,仍然無法使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn).因此,該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù),乃是一種整體的系統(tǒng)解決方案.具體到產(chǎn)品上,即本公司開發(fā)的軸直連方式永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變頻洗衣機(jī)控制器。一般地，永磁同步電機(jī)變頻控制器硬件部分可由圖1所示的電路組成:圖1 pmsm控制器電路框圖主電路采用交直交這種標(biāo)準(zhǔn)的單相輸入、三相輸出電壓型pwm變頻器。網(wǎng)側(cè)用二極管實(shí)現(xiàn)不可控整流，根據(jù)輸出功率和控制要求，逆變器可選用單管mos

30、fet、igbt或ipm模塊等功率器件，根據(jù)主電路器件配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路，綜合考慮噪音、控制性能及功率器件的開關(guān)損耗等因素，逆變器的pwm開關(guān)頻率可設(shè)定在3khz-20khz范圍內(nèi)。利用該控制器，可以方便地構(gòu)成pmsm的閉環(huán)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，可以增加上位機(jī)控制電路，增加vfd顯示電路。由按鍵設(shè)置控制功能或參數(shù)，上位機(jī)根據(jù)設(shè)定工況和參數(shù)及檢測(cè)到的各種參數(shù)，控制變頻器的工作頻率，使pmsm的轉(zhuǎn)速得到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。系統(tǒng)預(yù)留了與外部計(jì)算機(jī)的通信接口，必要時(shí)可與家用計(jì)算機(jī)或通訊設(shè)備連接而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。在本系統(tǒng)中，選用了adi公司的admcf3xx單片dsp電機(jī)控制芯片。該芯

31、片可使電機(jī)控制器有價(jià)格低，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性高的特點(diǎn)。智能功率模塊是變頻器的另一核心器件。由于開關(guān)頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重，對(duì)器件造成的過電壓、過電流毛刺也更大。為提高變頻系統(tǒng)的可靠性，三菱電機(jī)推出了一種高性能、多功能和高可靠性的新型集成化智能功率開關(guān)模塊ps21353，采用該模塊大大提高了可靠性和操作性能。在完成前面所述硬件電路的基礎(chǔ)上，變頻器控制程序的軟件結(jié)構(gòu)如下。圖2 傳感器信號(hào)和電壓波形相位時(shí)序圖此控制軟件中最大特點(diǎn)就是利用a、b相位置傳感器檢測(cè)永磁同步電機(jī)的大概位置，a、b相傳感器和三相相電壓的波形如圖2所示（注：本文中的所有相位角度均

32、以本圖為標(biāo)準(zhǔn)相位作為參考）。把檢測(cè)到的位置進(jìn)行相應(yīng)的處理，并用處理的結(jié)果估計(jì)出永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，這樣的方法就省去了復(fù)雜的機(jī)械上的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)，但在控制方案中，轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)仍是必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因?yàn)閺纳蠄D中可以看出，通過位置傳感器只能檢測(cè)到4個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，其他的位置仍然需要進(jìn)行位置估計(jì)。 本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器原理，我們省去了電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，外環(huán)調(diào)節(jié)器是一個(gè)轉(zhuǎn)速的pi調(diào)節(jié)器（其中包括電壓調(diào)節(jié)器和弱磁調(diào)節(jié)器等兩個(gè)調(diào)節(jié)器），由一個(gè)調(diào)節(jié)器的選擇開關(guān)控制啟動(dòng)哪個(gè)調(diào)節(jié)器。電機(jī)啟動(dòng)后，選擇電壓調(diào)節(jié)器工作，電機(jī)開始升速，當(dāng)占空比接近滿占空比時(shí)，啟動(dòng)弱磁控制器，同時(shí)關(guān)閉電壓調(diào)節(jié)器，對(duì)超前角進(jìn)行調(diào)節(jié)，弱磁增速；減

33、速時(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)為0時(shí)，即，此時(shí)關(guān)閉弱磁調(diào)節(jié)器，啟動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，使電機(jī)繼續(xù)減速。電壓和弱磁調(diào)節(jié)器的輸出為三相正弦相電壓的最大值u（u）和超前角，其中為當(dāng)前母線電壓值。電機(jī)內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)為一個(gè)快速的相位跟隨調(diào)節(jié)器。電機(jī)的位置傳感器返回互差90度，頻率等于電機(jī)當(dāng)前頻率的方波，通過轉(zhuǎn)子相位估計(jì)調(diào)節(jié)器，可以獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)子的精確相位角，、u和三個(gè)值經(jīng)過逆變器計(jì)算可以得到輸出給電機(jī)的相應(yīng)占空比的三相spwm波。軟件部分的總體框圖如圖3所示。圖3 軟件結(jié)構(gòu)框圖 2、創(chuàng)新點(diǎn)-永磁同步電機(jī)的弱磁控制解決方案 （1）電機(jī)啟動(dòng)技術(shù)由于本系統(tǒng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)選擇了a-b相位置傳感器，當(dāng)電機(jī)還處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，只能檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的四個(gè)位

34、置，如圖4中1、2、3和4四個(gè)大致的位置。圖4 a-b相位傳感器波形而在位置1中的c和d點(diǎn)兩個(gè)位置就無法檢測(cè)分辨出來。所以對(duì)于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要對(duì)電機(jī)做一次初使定位，保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初使相位和調(diào)節(jié)器輸出的三相相電壓的相位一致。（2）調(diào)節(jié)器選擇開關(guān)技術(shù)調(diào)節(jié)器開關(guān)是一個(gè)二選一的開關(guān)選擇程序，它的主要功能是決定使用電壓調(diào)節(jié)器還是使用弱磁調(diào)節(jié)器。在電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，采用非弱磁的控制即的調(diào)節(jié)方法，此時(shí)選擇電壓調(diào)節(jié)器，隨著轉(zhuǎn)速的上升，電壓調(diào)節(jié)器接近臨界點(diǎn)，即電壓調(diào)節(jié)器的輸出u小于且接近時(shí)，spwm輸出的占空比接近滿占空比。這時(shí)就必須開啟弱磁調(diào)節(jié)器，關(guān)斷電壓調(diào)節(jié)器。否則達(dá)到滿占空比后，ipm長(zhǎng)時(shí)間工作在滿占空比的情

35、況下容易導(dǎo)致下橋臂擊穿。同樣，對(duì)于弱磁增速后需要減速時(shí)，如果超前角調(diào)節(jié)已經(jīng)到0度時(shí)，即時(shí)，就需要關(guān)斷弱磁調(diào)節(jié)器而開通電壓調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)輸出電壓使電機(jī)減速，否則超前角可能出現(xiàn)負(fù)值，分量將會(huì)反向，和的方向一致，從而加強(qiáng)氣隙磁通，電機(jī)處于“強(qiáng)磁”的狀態(tài)，這雖然也可以使電機(jī)減速，但是這將以增加電機(jī)的功率為代價(jià)。 (3)電壓調(diào)節(jié)器技術(shù) 永磁同步電動(dòng)機(jī)用途不同、電動(dòng)機(jī)矢量的控制方法也各不相同?？刹捎玫目刂品椒ㄖ饕校嚎刂?、恒磁鏈控制、最大轉(zhuǎn)矩/電流控制、最大輸出功率控制等。不同的電流控制方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，其中最為簡(jiǎn)單，恒磁鏈控制可增大電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩等。在本系統(tǒng)中，由于對(duì)永磁同步電機(jī)控制時(shí)采用的

36、數(shù)學(xué)模型為電壓模型，所以電壓調(diào)節(jié)器可以采用控制，調(diào)節(jié)器可采用pi調(diào)節(jié)的簡(jiǎn)單控制。時(shí)，從電動(dòng)機(jī)端口看，相當(dāng)于一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，定子電流中只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩中只有永磁轉(zhuǎn)矩分量，其值為圖5 控制時(shí)的時(shí)間相量圖控制時(shí)的時(shí)間相量圖如圖5所示。從圖中可以看出，反電動(dòng)勢(shì)相量與定子電流相量同相。對(duì)表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)來說，此時(shí)單位定子電流可獲得最大的轉(zhuǎn)矩?；蛘哒f，在產(chǎn)生所要求轉(zhuǎn)矩的情況下，只需最小的定子電流，從而使銅耗下降，效率有所提高。這也是表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用控制的原因。采用控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，即電機(jī)的

37、轉(zhuǎn)速既取決于逆變器可提供的最高電壓，也決定于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)可達(dá)到的最高電壓越大，輸出轉(zhuǎn)矩越小，則最高轉(zhuǎn)速越高。通過上面的分析，可知電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的根本就是調(diào)節(jié)輸出給電機(jī)的電壓?？梢圆捎靡粋€(gè)簡(jiǎn)單的pi調(diào)節(jié)器來控制電壓的變化以達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度快且調(diào)節(jié)精度高。電壓調(diào)節(jié)的思想基本就是當(dāng)電機(jī)需要升速時(shí)，就把輸出電壓加大；反之就減小輸出電壓。電壓調(diào)節(jié)器的輸出為電機(jī)三相相電壓的最大值u（其中u），為直流母線電壓。 （4）轉(zhuǎn)子相位估計(jì)永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)交流同步電動(dòng)機(jī)，要想實(shí)現(xiàn)在負(fù)載變化的情況下穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行，必須根據(jù)瞬時(shí)的轉(zhuǎn)子位置對(duì)電機(jī)的定子電流進(jìn)行控制。因此pmsm的控制必須

38、是在已知電機(jī)轉(zhuǎn)子瞬時(shí)位置的前提下完成的，由于氣隙磁場(chǎng)的波形是正弦波，所以在電機(jī)的三相中依次通入正弦波電流，就可以使電機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)恒定大小和轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。從前面的圖3可以看出，通過位置傳感器只能檢測(cè)到4個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，其他的位置仍然需要進(jìn)行位置估計(jì)。如果對(duì)于轉(zhuǎn)子的相位計(jì)算不準(zhǔn)，則會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)根本無法穩(wěn)定而可靠的工作。因?yàn)楦飨嘞辔坏目刂七壿嬒笠粭l“鎖鏈”。一個(gè)環(huán)節(jié)的控制因擾動(dòng)而出現(xiàn)偏差，則會(huì)直接影響下一個(gè)環(huán)節(jié)。一旦轉(zhuǎn)子位置的估算出現(xiàn)較大的偏差，則控制系統(tǒng)自動(dòng)消除偏差的能力較弱，如果較大的轉(zhuǎn)子位置估算偏差不能及時(shí)消除而形成積累，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)換相控制邏輯的錯(cuò)亂，而使電機(jī)無法工作。 （5）

39、轉(zhuǎn)子相位估計(jì)算法為了使轉(zhuǎn)子位置估算出現(xiàn)的偏差能夠及時(shí)的自動(dòng)消除，在相位估計(jì)的算法中我們引入了電機(jī)的實(shí)際相角（），電機(jī)的驅(qū)動(dòng)相角（）和相角增量的概念。調(diào)節(jié)器對(duì)相位調(diào)整發(fā)生在a-b傳感器的每一次電平變化時(shí)，即如圖5.1中所示的a、b、c、d四個(gè)位置。在這四個(gè)位置上，電機(jī)的實(shí)際相角（）分別為0度，90度，180度，270度。而電機(jī)的驅(qū)動(dòng)相角則是通過如下式計(jì)算的。（i）（i-1）+ 由于在頻率為的正弦波的一個(gè)周期中要進(jìn)行次相位計(jì)算，所以每次相角的增量其中為當(dāng)前電機(jī)的頻率，為pwm的開關(guān)頻率。由于電機(jī)的實(shí)際相角（）和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)相角（）的引入，轉(zhuǎn)子位置的估算變成了對(duì)這個(gè)變量的控制，每個(gè)周期中進(jìn)行四次調(diào)節(jié)，

40、使其跟隨。因此電機(jī)運(yùn)行各點(diǎn)變成了一個(gè)相關(guān)的整體。一次轉(zhuǎn)子位置的估算出現(xiàn)較大的偏差會(huì)對(duì)造成影響，但是接下來的轉(zhuǎn)子位置估算會(huì)很快發(fā)現(xiàn)并消除偏差對(duì)造成的影響。故會(huì)使電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行不會(huì)因?yàn)檫\(yùn)行過程中的擾動(dòng)而破壞，從而極大的增加了電機(jī)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性和可靠性，這樣就解決了永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相位估算。由上面的分析可以看出該算法的核心流程：首先，計(jì)算從a-b傳感器獲得當(dāng)前電機(jī)的頻率。由計(jì)算，然后再計(jì)算出當(dāng)前的電機(jī)驅(qū)動(dòng)相位角（i）（i-1）+ 。 其次，構(gòu)造由到的調(diào)節(jié)器。從控制原理上講，這一過程是最重要的環(huán)節(jié)，需要用一個(gè)快速的pi跟隨調(diào)節(jié)器來完成。最后輸出經(jīng)過估算和調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)子相位。 （6）逆變控制器技術(shù)

41、該部分利用檢測(cè)到的母線電壓值把輸入的電機(jī)電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的pwm波占空比，并在保證死區(qū)時(shí)間的前提下，按照相應(yīng)的相序送入功率器件的觸發(fā)端子上。此部分的程序一定要保證準(zhǔn)確性及可靠性，否則就會(huì)造成主電路上下橋臂直通的短路事故。通過前面幾個(gè)調(diào)節(jié)器的工作（包括第六章講的弱磁調(diào)節(jié)器），逆變控制器獲得了三相正弦相電壓的最大值u，轉(zhuǎn)子的相位和弱磁超前角a，則可以通過下式計(jì)算三相正弦相電壓。所以此時(shí)三相spwm波的占空比分別為：，。把三相占空比再轉(zhuǎn)換為相應(yīng)寄存器的值，同時(shí)進(jìn)行死區(qū)時(shí)間限制和滿占空比限制，然后更新輸出的spwm波，觸發(fā)ipm模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 （7）故障處理程序在電機(jī)運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)故障，就需要立

42、刻處理故障，并使電機(jī)停下來，否則可能毀壞控制電路甚至電機(jī)。故障處理程序?qū)z測(cè)的母線電壓進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)直流母線電壓高于360伏或低于220伏，即交流市電高于260伏或低于160伏時(shí)。dsp記錄電壓故障，并作故障處理。定子電流可以通過dsp的isense端讀入。當(dāng)定子電流超過保護(hù)設(shè)定值，dsp記錄電流故障，同時(shí)做故障處理。當(dāng)電機(jī)受外力卡死或?qū)е率Р?，或是a-b傳感器斷線時(shí)，a-b傳感器輸出波形的周期會(huì)發(fā)生突變，dsp記錄電機(jī)故障，并做故障處理。故障處理的主要工作就是保護(hù)功率模塊和電機(jī)，所以應(yīng)該立刻關(guān)斷ipm使電機(jī)停下，然后把上述的故障記錄寫入外接的e2prom中，然后使dsp進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，即禁止所有

43、的中斷和輸入輸出。延時(shí)3分鐘后重新復(fù)位啟動(dòng)dsp。 （8）創(chuàng)新的基于超前角控制的弱磁控制算法 a、弱磁控制的基本原理永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制的思想來自他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)磁控制。當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞端電壓達(dá)到最高電壓時(shí)，為使電動(dòng)機(jī)能恒功率運(yùn)行于更高的轉(zhuǎn)速，應(yīng)降低電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，以保證電壓的平衡。換句話說，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)可通過降低勵(lì)磁電流而弱磁增速。永磁同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)因由永磁體產(chǎn)生而無法調(diào)節(jié)，只有通過調(diào)節(jié)定子電流，即增加定子直軸去磁電流分量來達(dá)到弱磁增速的目的。永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程式在dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下有如下的表示方法：式中和分別為d軸和q軸的電樞電壓分量；和分別為d軸和q軸的電樞電

44、流分量；為電樞電阻，、為電樞電感；為每對(duì)永磁磁鐵的電樞磁鏈；為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角速度。對(duì)永磁式同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，通常可令d軸的電樞電流為零。穩(wěn)態(tài)時(shí)，永磁式同步電動(dòng)機(jī)的線電壓為永磁式同步電動(dòng)機(jī)的電樞電流由電壓型變頻器控制，其線電壓和電流最大值必須小于逆變器直流環(huán)節(jié)的電壓和電流最大值（和），否則電樞電流難以控制。所以有一個(gè)電流極限圓和一個(gè)電壓極限圓：即 隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，減小，又因?yàn)闉槌?shù)，所以，將隨的增大而減小。由上式可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電壓達(dá)到逆變器所能輸出的最高電壓時(shí)。要想繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速只有靠調(diào)節(jié)和來實(shí)現(xiàn)。增加電動(dòng)機(jī)直軸去磁電流分量和減小交軸電流分量，以維持電壓平衡關(guān)系，都可得到“弱磁”效果，前者“弱

45、磁”能力與電動(dòng)機(jī)直軸電感直接相關(guān)，后者與交軸電感相關(guān)。由于電動(dòng)機(jī)相電流也有一定極限，增加直軸去磁電流分量而同時(shí)保證電樞電流不超過電流極限值，交軸電流分量就相應(yīng)減小。因此，一般是通過增加直軸去磁電流來實(shí)現(xiàn)弱磁增速的。如圖6所示表現(xiàn)出了不同值的電壓橢圓軌跡，處于橢圓內(nèi)的，值可以滿足相應(yīng)的值。永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行范圍是受以滿足電流極限橢圓和電壓極限橢圓為條件限制的，即電機(jī)的電流矢量（其分量為，）應(yīng)處于兩曲線共同包圍的面積內(nèi)。由圖中可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速（）升高，分量絕對(duì)值趨于增大，相應(yīng)的分量必須減小，因此，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨轉(zhuǎn)速升高而下降，顯示出恒功率的特性。由上述分析可知，弱磁升速的過程實(shí)際上是一個(gè)保

46、持線電壓不變的情況下，減低輸出轉(zhuǎn)矩的過程。也就是調(diào)整交軸和直軸的電流分量在受限范圍內(nèi)的分配關(guān)系。圖6 電流和電壓矢量的限制給永磁同步電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱的定子繞組通入三相對(duì)稱電流會(huì)在氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速為，式中f為轉(zhuǎn)子電源頻率；為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁材料構(gòu)成，在轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)恒定磁場(chǎng)，此時(shí)，轉(zhuǎn)子可以看成一塊磁鐵。由電機(jī)統(tǒng)一理論知道，兩磁場(chǎng)在電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，必須保持相對(duì)靜止，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由轉(zhuǎn)速的表達(dá)式可知，改變同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的主要方法是改變供電電源的頻率，即變頻調(diào)速。 b、弱磁控制的實(shí)現(xiàn)通過以上分析，本文提出了一種基于超前角

47、（angle advance）控制的弱磁控制算法，可以如下實(shí)現(xiàn)：通過電機(jī)的位置傳感器獲得電機(jī)的當(dāng)前電角度，通過前面所介紹的相位校正的方法進(jìn)行相位的估計(jì)和校準(zhǔn)。令，。如圖7所示。在正常工作狀態(tài)下，一般有0。在弱磁時(shí)，適當(dāng)增大的值，可以增加分量，減弱氣隙磁通，達(dá)到弱磁升速的目的。其中角我們稱為超前角（angle advance）。在計(jì)算中還要保證滿足電流極限圓：，和電壓極限圓：的限制。不能使電壓和電流的最大值超過極限值。保證ipm模塊的安全工作。圖7 電流矢量圖將和進(jìn)行dq逆變換，變換為三相電流信號(hào)。如下式：在做電壓控制中，可以把上式換算為三相電壓信號(hào)，如下式所示：其中u為相電壓的最大值，u。通過

48、如上分析可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)對(duì)于程序中弱磁控制的根本就是對(duì)超前角a的控制，增大超前角，可以增加轉(zhuǎn)速；減小超前角則降低轉(zhuǎn)速。對(duì)于超前角的控制，可以采用pi調(diào)節(jié)器，基本能保證響應(yīng)速度快調(diào)節(jié)精度高。 （9）產(chǎn)品技術(shù)性能在系統(tǒng)調(diào)試過程中，我們選擇了一臺(tái)進(jìn)口永磁同步電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象，電機(jī)的參數(shù)如表7.1所示。通過上述控制系統(tǒng)對(duì)該電機(jī)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)，我們?nèi)〉昧撕芎玫目刂菩Ч?。?shí)現(xiàn)電機(jī)穩(wěn)定啟動(dòng)，低速大轉(zhuǎn)矩和高速小轉(zhuǎn)矩電機(jī)調(diào)速。采用非弱磁控制時(shí)，可以在0300r/min實(shí)現(xiàn)調(diào)速；采用弱磁控制后可以達(dá)到01200r/min實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速。圖8.1至圖8.4給出了不同運(yùn)行狀態(tài)下的電機(jī)實(shí)測(cè)波形, 在圖8.2至圖8.4中（a

49、）圖和（b）圖均相位不相關(guān)。電機(jī)極對(duì)數(shù)外轉(zhuǎn)子，12對(duì)極，星型接法電機(jī)額定功率400w電機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min/300vdc轉(zhuǎn)矩16nm/125r/mina-b霍爾傳感器exe/525反電動(dòng)勢(shì)正弦波電機(jī)線電阻13.8歐姆交軸電感136mh直軸電感145mh電流傳感器hdc040g（10a/1v）電流傳感器hdc040g（10a/1v）表7.1 電機(jī)參數(shù)圖7.1pmsm系統(tǒng)的a-b傳感器波形（a）電壓波形 （b）電流波形圖8.2pmsm系統(tǒng)的設(shè)定轉(zhuǎn)速為50r/min時(shí)，電機(jī)相電壓、電流波形（a）電壓波形 （b）電流波形圖8.3pmsm系統(tǒng)的設(shè)定轉(zhuǎn)速為300r/min時(shí)，電機(jī)相電壓、電流波形 （a）

50、電壓波形 （b）電流波形圖8.4pmsm系統(tǒng)的設(shè)定轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，電機(jī)相電壓、電流波形分析圖8.2、圖8.3和圖8.4，特別是由電壓電流波形的正弦性，可以看出該系統(tǒng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的估算和調(diào)節(jié)是非常準(zhǔn)確的，控制軟件是可靠的。主要技術(shù)指標(biāo)輸入電壓： 180 - 250 v輸入電流： 5a載波頻率：16khz輸出功率： 700w保護(hù)功能：過壓欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、啟動(dòng)保、過熱保護(hù)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速選擇功能綜上所述：軸直連式變頻洗衣機(jī)控制器是集自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、數(shù)字/模擬信號(hào)分析應(yīng)應(yīng)用技術(shù)為一體的高技術(shù)集合體，其本身的研發(fā)就是一個(gè)系統(tǒng)工程，是各方面的專家技術(shù)人員通力協(xié)作的成果?？?/p>

51、制系統(tǒng)采用電壓型的控制模型，轉(zhuǎn)子位置估算方法和永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁控制算法，解決了控制精度和穩(wěn)定性的矛盾，使本系統(tǒng)在有高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的同時(shí)又具有高的穩(wěn)定性。基于超前角控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁增速的方法，極大拓寬了永磁電機(jī)的調(diào)速范圍。這些都為整機(jī)的高可靠性奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也是本系統(tǒng)的控制核心和創(chuàng)新點(diǎn).經(jīng)信息產(chǎn)業(yè)部電子科技情報(bào)研究所2003年8月25日完成的2003-071號(hào)科技查新報(bào)告表明：在本次檢索到的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)多為研究性質(zhì)的，未發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)有產(chǎn)品性能指標(biāo)優(yōu)于本課題的文獻(xiàn)報(bào)道。本課題主要性能指標(biāo)與國(guó)外同類先進(jìn)產(chǎn)品的性能指標(biāo)相當(dāng)。 經(jīng)中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所試驗(yàn)中心2003年8月29日完成的w

52、2003-56號(hào)檢驗(yàn)報(bào)告表明：依據(jù)委托要求及國(guó)標(biāo)gb 14536.14-1998、企標(biāo)q/cyghj106-2003所做的北京ghjl電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的直驅(qū)變頻全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器委托鑒定檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格。另據(jù)山東小鴨電器股份有限公司出具的使用報(bào)告表明：北京ghjl電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的直驅(qū)變頻全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器，經(jīng)在我公司生產(chǎn)的變頻洗衣機(jī)上使用，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好，能夠滿足我公司對(duì)變頻全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器的要求，達(dá)到或高于國(guó)外同類產(chǎn)品的水平，能夠替代進(jìn)口控制器。這說明：該項(xiàng)目目前居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際同期先進(jìn)水平。 3、本項(xiàng)目技術(shù)來源、知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬情況 本項(xiàng)目是我公司在電力電子領(lǐng)域多年技術(shù)積累的基礎(chǔ)

53、上，應(yīng)山東小鴨電器股份有限公司要求，歷經(jīng)一年時(shí)間，獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)的、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品。本產(chǎn)品已通過了2003年9月21日由北京市科委主持的科技成果技術(shù)鑒定。 4、本項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、存在的主要問題及未來發(fā)展趨勢(shì) 永磁同步電機(jī)（pmsm）因其整機(jī)重量輕、耗電量小，噪音低等特點(diǎn)，特別適用于家用洗衣機(jī)，早已引起國(guó)內(nèi)外洗衣機(jī)行業(yè)的重視，但由于微處理器及商用功率器件的限制，直到上個(gè)世紀(jì)九十年代初才開始出現(xiàn)方波永磁無刷電機(jī)直驅(qū)式洗衣機(jī)。目前，變頻直驅(qū)洗衣機(jī)已經(jīng)成為洗衣機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。1992年，新西蘭f&p公司推出了一款命名為smart drive 的直驅(qū)式攪拌洗衣機(jī)，并在澳洲、美洲、歐

54、洲申請(qǐng)了許多專利。90年代初，日本三菱公司推出了8公斤直驅(qū)式洗衣機(jī)。近幾年日本東芝、夏普、松下等公司都先后研制出類似的直驅(qū)式洗衣機(jī)面世。日本東芝公司此種新型洗衣機(jī)還在中國(guó)申請(qǐng)了許多專利。韓國(guó)的三星、lg電子公司也陸續(xù)推出了直驅(qū)式變頻洗衣機(jī)。1998年，國(guó)內(nèi)某洗衣機(jī)廠商也仿制f&p公司的產(chǎn)品推出了一款直驅(qū)攪拌式洗衣機(jī)。目前國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的狀況是：業(yè)界尚缺乏可達(dá)到商業(yè)應(yīng)用層次的成套成熟技術(shù)，特別是在電機(jī)控制器領(lǐng)域。在電機(jī)控制器的技術(shù)穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾等方面存在問題，一些研究多停留在理論層次或?qū)嶒?yàn)室臺(tái)面上；電機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域又面臨著諸多國(guó)外專利技術(shù)的困擾。因此，如果不能夠?qū)⑿录夹g(shù)迅速轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，在洗衣機(jī)行業(yè)我國(guó)將被發(fā)達(dá)國(guó)家越拉越遠(yuǎn)。與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我公司開發(fā)的軸直連方式永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變頻洗衣機(jī)控制器在調(diào)速范圍、輸出功率、效率、噪聲、動(dòng)態(tài)相應(yīng)等主要技術(shù)性能方面，均不低于國(guó)際同類產(chǎn)品水平。與國(guó)外早期方波永磁無刷電機(jī)