<p>注：*为必填项。</p> <p>【请在报名阶段填写 ↓】 *  简要介绍作品：     在电机行业，稍高级一点的电机驱动（直流驱动或交流变频）均需取得转速参数，现有的转速计，无论是霍尔、光电或编码器，均有机械部件以外接线的形式输入控制板。纯电子转速计的设计思路是：从输入的三相电源线上拾取电机转子槽的电磁感应信号，该信号是直接的转速信号，从板上就能直送控制单片机，有此信号，普通工程师就能根据自动控制原理设计出不差于矢量控制的高档电机；只是该难点在于：要从380伏的“干扰”中取到0.几伏或0.0几伏，频率只相差十几倍的完整信号，其难度是可想而知。     纯电子电机转速计是世界电机行业内的研究重点和热点（世界电机行业现已从低级控制向高级控制转向），该转速计是以互相关函数和傅里叶函数算法为基础，以微弱信号检测为原理而构建的未来ASIC电路。</p> <p>【请在竞赛阶段填写 ↓】 *  一、作品详情；      高起点的立项：为了实现异步电动机的高精度、高动态性能的控制，一般采用磁场定向矢量控制或直接转矩控制。但无论采取哪种控制方案，都需要测量电动机转子的速度和位置，传统方式是通过有机械部件的传感器(光电、光栅和测速发电机等)来实现。由于这类传感器存在安装、连接、可靠性等问题，降低了整个系统的可靠性和实用性，特别是在高速．超高速传动控制中，机械式传感器实现困难，更有结构复杂、价格高、安装不便等问题，这就限制了其应用范围。对此，国际国内许多学者和实验室开展了无机械部件的速度传感器的交流调速系统(SVC)的研究，即采用纯电子方式检测电动机出入线端的转速信号，经强大的数字处理技术获得电动机转子位置和速度，取代机械式传感器，实现电动机的高性能控制，该课题是现今世界上电机行业重点研究的热点，立项就要高起点。     电机电子的位置／速度传感器的研究可以分为三类：基于电动机基波模型的计算方法，基于电动机物理特性谐波信号提取方法以及人工智能理论基础上的估算方法。     一、基于电动机模型的辨识方法：电机模型直接计算法，电机模型参数自适应计算法，电机反电势积分或电感计算法，滑模观测器或自适应观测器基础上的估算方法。这类方法对电动机参数变化敏感，鲁棒性差，当电动机零速或低速运行时因反电动势过小或根本无法检测而导致检测失败，因此该方法有适应性，只适用于电机高转速运行下的检测。     二、用电机转子齿槽的齿谐波辨识方法：电机中定转子齿槽在气隙中产生齿谐波，其中包含了与转子转速成正比的频率成分；通过对定子反电动势或者电流信号的处理可以检测出转子转速信号；该信号真实的反映了转子的转速，但该方法在低速下信号电压低，则抗噪声干扰问题较大，但并非无法解决。高频信号注入法基于检测电动机的凸极效应：通过在电动机中注入特定的高频电压(电流)信号，然后检测电动机中对应的电流(电压)信号以确定转子的凸极位置。由于依赖外加持续高频激励来显示凸极性，与转速无关，使得这种凸极跟踪方法能够解决电动机低速甚至零速下转子位置的估计，而且由于这种方法追踪的是电动机转子的空间凸极效应，因此对电动机参数的变化不敏感，鲁棒性好。但因信号处理过程较复杂，影响动态性能，较为适合低速电机的控制。     三、人工智能理论估算方法：是基于模糊数学或人工神经网络的方法，这些数学方式对电机的非线性特性有很好的适应性，用在电机研究上应该是较好的，但此类方法在理论研究上还不是很成熟，其软硬件实现有一定难度，特别是神经网络还需要专门的硬件来支持，因此这类方法的研究应用尚处于起步阶段。      设计创意：本电机转速计是采用检测转子齿谐波的方式提取转速信号：电机的任一相电流经电流检测线圈取入，该电流信号已含转子的齿谐波信号，这是真实的转速信号，不受电机参数的任何影响，只不过这微弱的齿谐波信号是淹没在540伏的基波交流电压里，经滤波整理后，进入自适应放大处理，以适应低转速时信号电压过低，在由ADC将电流波形提取入DSP内，用互相关函数的方法处理齿谐波的频率，用傅里叶变换的方法处理齿谐波的相位，经事先设定的转子槽数代入计算，就能得到电机转速，转速信号一路变换为四位数码管显示，一路变换为16位串行高精度输出，一路变换为8位低精度并行快速输出；本电子转速计作为一个独立部件工作，既可以作为一个速度传感器为电机控制服务，使一般的工程师用传统的PID算法就能设计出高级电机的控制性能；又可以作为一个可靠性高、安装简单的纯电子转速计而取代现有的机械速度传感器作显示，即速度传感器换代了。     当然，真正的产品是一颗体积很小的ASIC。该转速度计不能做0HZ运行检测，但国标中电机最低5HZ的限制已能用在大多数工业控制了。     商业潜力：国家政府工作报告：十一五期间，我国的电网容量为9.7亿KW，其中电机的用电量为6.8亿KW。十一五提出的我国十大重点节能工程中电机系统节能项目的目标是：电机效率提高2个百分点，节电200万KW，十一五期间有2000万台电机要节能改造。电机调速是世界公认的最好的节能措施，节能减排是我国的基本国策，若我们以销量最大的平均5KW为一台电机，按此计算，6.8亿KW电力则需1.36亿台电机来使用，以10%的年增长率计算，未来十二五期间，到2015年每年就有2亿台电机的生产量，若有一半即1亿台电机配上该速度传感器成为高级调速电机（因为一般工程师都能设计，故推广速度很快），则节电1000万KW，即相当于提高电机效率10%，这对我国节能减排的贡献就相当大了。若IC化后每个电机电子速度计的售价为20-40元，则年产值为20-80亿元/2015年；作为现有市售转速计的升级换代产品，推广到其它领域，年产值可超200亿元。     主要性能指标：测量转速：最小120 r/m，最大10000 r/m，转速值误差率小于0.3%，刷新率小于0.02S，信号提取为纯电子式无机械部分，适用于各种异步电机、同步电机、伺服电机、磁阻电机和直流永磁无刷电机，抗干扰能力强，ASIC化后为一颗单独的元器件。</p> <p>*  二、描述作品所面临的挑战及所解决的问题；     挑战1.  从380V交流波形中提取0.几伏或0.0几伏、频率只相差几十倍(（24、36、48）<em> 5～100)的转子感应信号电压。</em> <em>   挑战2.  互相关函数算法在理想化情况下可以从强干扰中提取微弱信号，而傅里叶变换从时域变换为频域时具相位调整功能，因此必须以傅里叶公式调整信号的相位，从而适应互相关函数算法。</em> <em>   挑战3.  单片机根据设定的转子槽数创建自相关频率，与标量化处理后的输入作互相关运算，即作最大似然测试，其中最大化值即为转子运转频率。</em> <em>   挑战4.  由于检测波形是转子波形叠加在380V波形上一起放大，而放大小了提取不到转子信号，放得太大又丢失部分信息，因此需要单片机根据实际情况随时自行调整放大倍数。</em></p> <p>__  三、描述作品硬件、软件部分涉及到的关键点；    硬件：滤波元件的参数调节；放大倍数的调节要分立元件才可靠；电路板滤波元件的布局；    软件：滤波处理；傅里叶运算处理；调节放大倍数处理；自相关频率处理；互相关处理取最大值；输出处理。</p> <p>*  四、作品材料清单；</p> <p>*  五、作品图片上传；（PCB上须有大赛logo标识并拍照上传，若无视为放弃参赛）</p> <p>*  六、演示您的作品并录制成视频上传；（视频内容须包含：作品介绍；功能演示；性能测试；PCB上大赛logo标识特写镜头，若无视为放弃参赛）</p> <p>七、开源文档。</p>