無(wú)刷直流電機(jī)仿真教程

1、Word資料Word資料基于MATLAB/SIMULINK的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真0引言無(wú)刷直流電機(jī)（BrushlessDCMotor，以下簡(jiǎn)稱BLDCM），是隨著電力電子技術(shù)和永磁材料的發(fā)展而逐漸成熟起來(lái)的一種新型電機(jī)。為了有效的減少控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間，驗(yàn)算各種控制算法，優(yōu)化整個(gè)控制系統(tǒng)，有必要建立BLDCM控制系統(tǒng)仿真模型。本文在BLDCM數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用MATLAB的SIMULINK和S-FUNCTION建立BLDCM的仿真模型，并通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證其有效性。1無(wú)刷直流電機(jī)仿真模型本文在MATLAB的SIMULINK的環(huán)境下，利用其豐富的模塊庫(kù)，在分析BLDCM數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立

2、BLDCM控制系統(tǒng)仿真模型，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1無(wú)刷直流電機(jī)控制原理框圖以圖1為基礎(chǔ)，按照模塊化建模的思想搭建的系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。整個(gè)控制系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)本體模塊、逆變器模塊、電流滯環(huán)控制模塊、速度控制模塊等。PDPDControIer參弓屯渝hrshriaJSUIbrihicrucQic電疣滯環(huán)控制TlUbQL-.CJUbL-ttlUdtL：TeTLposrpnsUcmuzcivpjsjctIA1Jauulu:1Jb圖2無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型框圖1.1電動(dòng)機(jī)本體模塊在整個(gè)控制系統(tǒng)的仿真模型中，BLDCM本體模塊是最重要的部分，該模塊根據(jù)BLDCM電壓方程求取BLDCM

3、三相相電流，而要獲得三相相電流信號(hào)，i，abi必須首先求得三相反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)e，e，e，整個(gè)電動(dòng)機(jī)本體模塊的結(jié)果如下cabc圖3所示。電機(jī)本體模塊包括反動(dòng)電勢(shì)求取模塊，中性點(diǎn)求取模塊，轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊和位置檢測(cè)模塊。本文直接采用了SIMULINK中的LookupTable模塊，運(yùn)用分段線性化的思想，直觀的實(shí)現(xiàn)了梯形波反電動(dòng)勢(shì)的模擬，具體實(shí)現(xiàn)如圖4所示。圖4反電勢(shì)求取模塊LookupTable模塊的實(shí)質(zhì)是通過(guò)查表構(gòu)造反電動(dòng)勢(shì)波形，只要把360內(nèi)的反電動(dòng)勢(shì)的單位波形預(yù)先輸入至LookupTable模塊中，就能得到其單位理想波形，由前面的數(shù)學(xué)模型知道，反電勢(shì)梯形波的幅值為：e二Ke*3。其中Ke為電機(jī)的反

4、電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。具體的LookupTable參數(shù)設(shè)置參照下表1。表1位置信號(hào)和單位反電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系位置060120180240300360A111-1-1-11B-1-1111-1-1C1-1-1-11112.轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊依據(jù)數(shù)學(xué)模型建立轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型如圖5所示。圖5轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊3.中性點(diǎn)求取模塊求出反電動(dòng)勢(shì)后根據(jù)電壓平衡方程來(lái)求中性點(diǎn)電壓，具體模塊如圖6所示。4.轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)模塊Constant圖7轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)模塊1.2速度PID控制模塊速度控制模塊采用PID調(diào)節(jié)。1.3參考電流模塊參考電流模塊的作用是根據(jù)電流幅值信號(hào)Is和位置信號(hào)pos求出三相參考電流。參考電流模塊的功能通過(guò)S函數(shù)實(shí)現(xiàn)。1.4電流

5、滯環(huán)控制模塊電流滯環(huán)控制模塊的作用是實(shí)現(xiàn)滯環(huán)電流控制，輸入端l、2、3為三相實(shí)際電流，4、5、6為三相參考電流，輸出為脈沖信號(hào)，滯環(huán)的環(huán)寬設(shè)為0-1之間。模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖10所示。iariartruaoijRelayuaOia1.5電壓逆變模塊電壓逆變器模塊實(shí)現(xiàn)的是逆變器功能，輸入為位置信號(hào)和電流滯環(huán)控制模塊信號(hào)及電壓逆變控制信號(hào)，輸出為三相端電壓，其中，可以通過(guò)編寫s函數(shù)實(shí)現(xiàn)從轉(zhuǎn)子位置信號(hào)得到六個(gè)MOSFET導(dǎo)通開(kāi)關(guān)信號(hào)。如圖11所示。三相的上橋臂控制信號(hào)與電流滯環(huán)控制模塊得到的信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，即可得到控制開(kāi)關(guān)的邏輯信號(hào)，如圖11所示。由于6個(gè)MOSFET只可能同時(shí)有兩個(gè)導(dǎo)通，且兩個(gè)管不

6、能為同相，所以可選用二選一開(kāi)關(guān)來(lái)得到三相端電壓，如圖12所示。在本文設(shè)計(jì)的模型中，額定電壓設(shè)為72V，則端電壓的一半為36V。Constantl1圖12開(kāi)關(guān)功率管模塊2仿真結(jié)果仿真中，BLDCM參數(shù)設(shè)置為：額定轉(zhuǎn)速n=120rad/s，定子相繞組電阻R=1.25歐姆，定子相繞組自感L=0.055H，互感M=0.003H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.006kg.m2，反電勢(shì)系數(shù)為Ke=0.22V/rad/s。極對(duì)數(shù)為n=1，72V直流電源p供電。在t=0.2s時(shí)，加負(fù)載2N.m?？傻玫较到y(tǒng)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，相電流，相反電動(dòng)勢(shì)仿真曲線如圖13-16所示。圖13轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線圖14轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線oOiooO0.20.4O.

7、0.81一-_OooOuU圖15相電流波形Word資料Word資料10圖16相反電動(dòng)勢(shì)波形由仿真波形可以看出，在n=120rad/s參考轉(zhuǎn)速下，系統(tǒng)響應(yīng)快速且平穩(wěn)相電流和反電動(dòng)勢(shì)波形較為理想，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。仿真結(jié)果證明了本文所提出的這種BLDCM仿真建模方法的有效性。3總結(jié)在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，可以方便地建立BLDCM的仿真模型。對(duì)于個(gè)別新的Simulink模塊，應(yīng)用S函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以充分發(fā)揮Matlab編程的靈活性與Simulink的簡(jiǎn)單直觀性，加速無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。參考文獻(xiàn)蘭寶華.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器位置檢測(cè)技術(shù)的研究，中南大學(xué).葉長(zhǎng)青，尹華杰，趙海波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Matlab仿真建模及模型中S函數(shù)的實(shí)現(xiàn)J.微電機(jī).附錄referenceCurrent.m參考電流模塊S函數(shù):functionsys=mdlOutputs(t,x,u)if