研究生毕业论文开题报告怎么写？本文将以计算机论文为例，为大家分享一篇开题报告的范文样本，标题是“基于矢量控制的永磁同步电机无位置传感器控制研究”，具体详情如下。
一、论文开题报告基本框架
论文开题报告一般由以下八个部分组成（每个院校都有固定的开题报告模板，可能有所差异，大家可以参照各自学院的要求进行写作）。具体内容如下：
1.选题的背景及意义
2.研究目标及内容
3.研究方法
4.论文大纲
5.技术难点和可能的解决方案
6.预期成果及可能的创新点
7.论文工作计划
8.参考文献
二、选题的背景及意义
1.1.1 研究背景
从电机的诞生到现在已有将近二百年的历史，它的出现使人类从蒸汽时代进入到了电气时代。它极大的提高了人类的生产力，促进了整个人类文明进步的快速发展。纵观电机的发展历史，电机的性能要求不断提高，应用范围不断扩大，市场需求不断提升，特别是近代以来高科技、高性能材料的不断问世，极大的改进了电机的本体结构，加快了高性能电机的研究步伐，使得电机得到了迅速的发展。当前，随着各类先进的电机不断涌现，大量的旧式电机将逐步被淘汰，电机行业的更新换代将产生巨大的商业价值。在人类文明的进步过程中，电机几乎在我们的日常生活中随处可见，涵盖生产生活的各个方面，包括工业生产、数控机床、家用电器、医疗设备、航空航天等领域。在我国，电机需求市场巨大，国内有规模的电机制造商企业接近 3000 余家，根据近几年国家统计局的统计数据，我国电机制造行业的每年平均销售收入约为 8000 亿元。从用电量来看，我国每年电机消耗的电量约占总发电量 60%~70%，可以这样说，电机与我们的日常生产生活息息相关，小到台式电脑、笔记本的排热扇，大到航空卫星等高科技设备。
我国是制造业大国，而制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基，强大的制造业代表着一个国家和民族的综合实力。对此，我国着眼于当前国内制造业的整体发展形势和国际整体环境，在 2015 年提出了全面提升中国制造业发展质量和水平的重大战略部署《中国制造 2025》，力图改变我国制造业“大而不强”的局面。《中国制造 2025》按照三步走的战略方针逐步实现，一是争取用十年时间，使我国成为制造业强国；二是在二十年的时间内，使我国制造业拥有较强的创新实力，整体水平进入世界强国中等阵营；三是争取在新中国成立一百年时使我国可以迈入世界制造业强国前列，具有明显的竞争优势，形成具有世界先进水平的技术体系和产业体系。在《中国制造 2025》的计划纲领中，提出了十大重点需要关注的领域，其中的高档数控机床和机器人、先进轨道交通领域和节能与新能源汽车领域都与电机产业息息相关，因此电机是制造业的重要组成部分，是推动制造业取得迅速发展的有力工具，研究性能更强更好的电机具有重要的现实意义。
在全球强调绿色节能、人与自然和谐发展的基调下，研究更加高效节能的电机成为了各国政府以及各电机厂商的共同目标。美国、澳大利亚、新西兰等国家陆续出台了关于高效电机的具体评价标准以及行业规范，中国也相继出台了一系列政策来推动高效电机的发展和应用。在“十一五”期间，高效、超高效电机的推广被列入节能产品惠民工程，希望以补贴财政 20 亿元的方式提高高效电机的市场占有率；在“十二五”期间，国家工信部于 2013 至 2015 年先后公布三批“高耗能落后电机设备（产品）淘汰目录”，同时电机系统的节能被列入了《工业节能“十二五”规划》中的九大重点节能工程之一；在“十三五”期间，国家公信部开展了电机系统节能先进实用技术目录评选工作，推选出一大批节能机电设备，在 2016 年国务院颁布了《“十三五”节能减排综合工作方案》中，强化了重点用能设备节能管理工作，提出了在确保安全的情况下，鼓励永磁同步电机等节能技术的推广应用，在 2017 年和 2018 年工业和信息化部印发的《工业节能监察重点工作计划》中，电机节能的监察工作被列为工业节能重点监察工作之一，电机的节能工作已成为各国政府为谋求可持续发展而重点关注事情之一。在国家节能减排的大环境背景下，永磁同步电机作为高效电机的重要类型之一，成为了热点的研究对象，它符合当前电机行业在全球大环境下的未来发展趋势，在国家政策的大力支持和政府的正确引导的情况下，研究永磁同步电机具有非常广阔的应用前景。
1.1.2 研究意义
纵观永磁同步电机的行业发展现状，永磁同步电机在全球范围内的竞争格局可以分为三个梯队，其中第一梯队主要以日本和美国为主，第二梯队以德国、英国、瑞士等国家为主，第三梯队主要以中国等发展中国家为主。前两个梯队的国家凭借其数十年的永磁同步电机生产制造经验和关键工艺技术，掌握着大部分高档、精密、新型永磁同步电机的技术和产品,对世界永磁同步电机的发展有较大的影响。日本和美国的永磁同步电机生产企业代表着世界最先进的水平，它们具备完善的生产体系和技术体系，掌握着最先进的永磁同步电机控制技术，所生产的电机产品占了市场销售额的大部分，为电机的发展和进步做出了巨大的贡献。近几年来，我国开始注重永磁同步电机的研究工作，永磁同步电机市场需求不断增长，特别是在新能源汽车产业，永磁同步电机得到了实际的应用。目前我国生产的电动汽车种类繁多，用于动力驱动的电机通常有三种类型，分别为异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。通常，使用异步电机作为动力驱动的主要是纯电动汽车，例如生活中常见的公交运输车；使用永磁同步电机的车辆主要以油电混合的车型为主，例如一些小型轿车；使用开关磁阻电机的车型主要以大型客车为主。分析国内市场 2017 年和 2018 上半年电动汽车销量排名前十的汽车车型及对应车型所用电机的种类情况，永磁同步电机是目前电动汽车厂商应用最为广泛的电机类型，包括有江淮 iEV5、帝豪 EV、奇瑞 Eq、比亚迪秦、荣威 I6 等车型，采用交流异步电机作为动力驱动的主要是北汽 EC 系列车型。分析当前世界汽车行业发展方向，新能源汽车必将取代燃油汽车成为未来的主流趋势，永磁同步电机也会因新能源汽车的迅速发展而获得更大的发展。
永磁同步电机诞生于 19 世纪 20 年代。它是一种交流电机，具有结构简单、功率因素高、噪音小、能耗低、可靠性强等优点[1]，其主要原理是通过永磁体建立转子旋转磁场，三相定子绕组通入三相对称电流后产生定子旋转磁场，定子旋转磁场与转子旋转磁场相互作用使转子开始转动[2]。最早生产的永磁同步电机结构复杂，体型庞大，且制作永磁体所需的原材料多数来源于天然矿石，导致永磁体所产生的磁场较弱，难以满足工业生活需求，永磁同步电机刚出现不久便被电励磁电机所取代。永磁体材料性能较差的问题是限制永磁同步电机发展的最大原因，到了 20 世纪 80 年代，一些具有高磁密度、高矫顽磁力、高磁能的稀土钴和钕铁硼材料的出现，使得永磁同步电机重新得到了市场的重视，利用稀土永磁材料制成的永磁体结构更加稳定，使得永磁同步电机具有了更大的应用前景和研究价值。随着对永磁同步电机进行深入研究，其性能不断得到提升，成本不断降低，永磁同步电机得到了迅速的发展和广泛的关注，其应用场景也开始面向更多的高精度、高可靠性场合[3]。
随着永磁同步电机整体结构和性能不断优化，电机控制的理论研究也得到了很大的发展。目前电机控制理论可以分为两大类，一是经典控制理论，二是先进控制理论。在经典控制理论中，主要的控制算法有矢量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）等方法[4]，其中矢量控制是由德国学者 Blaschke 提出来的，该方法使交流电机得到了迅速的发展，它成功的实现了对交流电机的有效控制，使其具有了像直流电动机一样的调速性能。矢量控制本质是一种磁场定向控制，它利用坐标变换原理对电流矢量进行分解，通过分别控制直轴电流分量和交轴电流分量来控制电机的转矩；直接转矩控制是由德国学者 Depenbrock 提出来的，该方法不需要采用坐标变换，以空间矢量的分析方法为基础，按照定子磁场定向的方式直接控制电机的转矩。两种经典控制理论方法均能对永磁同步电机电机进行良好的控制，具有较高的静、动态性能，他们的区别在于对电机转矩的控制策略不同，矢量控制是间接的控制转矩，而直接转矩控制是直接控制转矩。在先进控制理论中，主要有鲁棒控制理论和智能控制理论等方法，其中鲁棒控制理论的本质是为了更好的保证系统的可靠性，该方法可以尽量减少系统外在因素的干扰，在复杂环境下依然能有效的控制系统，例如目前比较常用的滑模变结构控制技术；智能控制理论是指系统在无人参与的情况下可以自动完成控制目标的一类方法，它主要基于人类专家的经验总结，使系统可以按照人类大脑的思维方式做出决定，因而有较强好的鲁棒性和适应性，典型的智能控制理论方法有模糊控制、神经网络控制和专家系统等方法。本文主要以经典的控制理论为研究基础，其中主要研究了矢量控制理论。
三、研究内容
本文首先分析了课题的研究背景和意义，然后研究了永磁同步电机的矢量控制理论及其算法实现，最后对脉振高频电压注入法和滑模观测器法进行了研究，通过分析两种方法的数学原理以及传统控制方法中存在的问题，分别提出了对应的改进策略来弥补传统方法存在的不足，最后通过仿真验证了所提策略的有效性。
全文的章节内容概述如下：
第一章：简述了研究电机的意义以及永磁同步电机的研究背景、政策优势和未来发展趋势，介绍了无位置传感器控制技术的研究背景和研究现状，并简单列举了当前的主流控制方法，简要分析了无位置传感器控制技术的下步发展趋势。
第二章：学习研究了永磁同步电机的物理模型，根据坐标变换理论，搭建了PMSM 的数学模型，重点分析了基于 0di 策略的矢量控制、空间矢量的调制原理以及算法的具体实现过程，最后搭建了矢量控制系统仿真模型并进行了仿真分析。
第三章：本章针对传统脉振高频电压注入法动态性能较差的问题，提出一种基于二阶广义积分器的转子位置检测方法。利用二阶广义积分器构建位置观测器，取代了提取转子信号过程中所使用的滤波器，简化了系统参数整定过程，动态过程中可以更加准确提取转子位置信息，最后仿真结果表明该方法改善了系统的控制性能。
第四章：本章利用模糊控制和卡尔曼滤波器提出了一种自适应滑模观测器控制方法。首先通过设计模糊控制器实现滑模增益的动态调节，然后利用卡尔曼滤波器来消除反电动势中残留的高频干扰信号，最后计算出电机转速和位置信息。该方法不仅可以削弱系统的抖振现象，同时也避免了相位延迟和相位补偿，提高了系统稳定性和速度运行范围，最后通过仿真验证了所提方法的有效性。
第五章：梳理和总结了全文的主要内容，并对下一步需要研究的问题进行了阐述。
四、研究方法
（1）转子初始预定位方法在电机启动初期，向电机注入一个电压矢量信号，电机绕组产生对应的电流，此时转子将受到电磁转矩的作用进行转动并到达预定好的位置[11]。这种方法计算简单，容易运行，但存在一些不足，例如转子的位置位于π时，由于转矩电流分量为 0，转子无法转动，进而导致位置检测失败，需要进一步判断，同时不适于电机在启动前需要保持静止的情况。
（2）脉振高频电压注入法该方法既可以适用于内置式永磁同步电机也可以适用于表贴式永磁同步电机。该方法辨识初始位置需要以永磁同步电动机的凸极效应为基础，通过向电机的估计旋转坐标系中的 d 轴注入一个高频电压信号，然后对 q 轴的高频电流响应进行处理可以得到转子的初始位置[12]。其中，由于位置估计误差为零时，转子的位置可能是π或者 0，需要再做一次级性判断，通常可以以 d 轴的响应电流的大小不同作为判断依据。该方法的优点在于估算准确度高，但提取信号的过程比较复杂，且需要设计滤波器参数，系统整体计算量大，对系统的性能要求高。
（3）电压脉冲矢量注入法该方法的实现基础也是基于永磁同步电机的凸极性。它通过向电机通入幅值相同而方向相反的一系列电压脉冲矢量[13]，由于转子的位置与响应电流的大小呈现出一定的规律性，当正负两个电压矢量所产生的电流值的差值最大时，此时对应的位置即为转子的初始位置。该方法的检测精度高，但依赖于系统的采样精度。
五、研究结论
电机的出现使我们的日常生活发生了翻天覆地的变化，随着电机性能的不断提升和电机控制的理论的不断发展，我们的生活将会变得越来越美好。在全球强调绿色环保的共识下，永磁同步电机因其突出的优点必将得到市场更多的青睐，特别是在电动汽车、航空航天、智能设备等领域。
永磁同步电机的无传感器控制技术突破了传统电机控制技术在空间、场景的限制局面，使得电机控制理论有了新的方向，同时随着对无传感器控制技术研究不断深入并得到实际应用，人类对未知世界的探索之旅也将会走的越来越远。本文主要学习研究了矢量控制的基本理论，并对传统的脉振高频电压注入法和滑模观测器法进行研究和分析，针对传统方法存在的不足提出了改进策略，同时进行了仿真分析和验证。
六、论文进度安排
20XX年11月01日-11月07日 论文选题
20XX年11月08日-11月20日 初步收集毕业论文相关材料，填写《任务书》
20XX年11月26日-11月30日 进一步熟悉毕业论文资料，撰写开题报告
20XX年12月10日-12月19日 确定并上交开题报告
20XX年01月04日-02月15日 完成毕业论文初稿，上交指导老师
20XX年02月16日-02月20日 完成论文修改工作
20XX年02月21日-03月20日 定稿、打印、装订
20XX年03月21日-04月10日 论文答辩
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