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1、第9卷第14期2009年7月科学技术与工程Vol19No114July20091671-1819(2009)14-4181-05ScienceTechnologyandEngineeringZ2009Sci1Tech1Engng1基于MATLAB的无刷直流电机控制系统的仿真*吴云杜明娟(辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,抚顺113001)摘要在分析无刷直流电机(BLDCM)数学模型的基础上,运用Simulink的模块建立独立的功能模块,并运用所建立的独立功能模块构成控制系统的仿真模型。仿真结果证明了该方法的有效性,为实际电机控制系统的设计
2、和调试提供了新的思路。关键词无刷直流电机(BLDCM)仿真建模电流滞环中图法分类号TP27316;文献标志码A无刷直流电动机转子采用永磁材料励磁,无励磁损耗,具有体积小、重量轻、结构简单、维护方便、1永磁无刷直流电动机(BLDCM)的数学模型运行可靠、高效节能和易于控制等优点。利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器,使无刷直流无刷直流电动机是由电力电子开关逆变器、永电动机保留了普通直流电动机优良的机械特性,从磁同步电动机和磁极位置检测电路等组成。定子[1]而在得到了广泛应用。建立无刷直流电动机控绕组为60b相带整距集中绕组,Y形连接;忽略
3、磁路制系统的仿真模型来验算各种控制算法,优化整个饱和,不计涡流和磁滞损耗;转子上没有阻尼绕组;控制系统,可以在短时间内设计出预期效果的控制不考虑电枢反应,气隙磁场分布为梯形波,平顶宽[2]系统。一些文章中提出通过PWM控制实现;或为120b电角度;忽略齿槽效应,三相绕组完全对称通过电流滞环控制实现。其中都用到S函数,对系均匀分布于光滑定子的内表面。由此可建立无刷[3)4]统的仿真增加了难度。在分析无刷直流电机数直流电动机动态数学模型。学模型的基础上,利用Simulink中的各种模块,在电直流无刷电机三相定子电压平衡方程式可用流滞环控制的基础
4、上建立了BLDCM控制系统的仿下列状态方程表示。真模型。从而实现了只利用Simulink中的模块建立uaRs00iaL-M00BLDCM控制系统的仿真模型。并通过对实例电机ub=0Rs0ib+0L-M0@的仿真,给出了各种仿真波形。从而验证了数学模uc00Rsic00L-M型的有效性及控制系统的合理性。iaeapib+eb(1)icecRs为绕组电阻,L为绕组电感,M为绕组间互感,ea、2009年4月1日收到eb、ec为绕组感应电动势,ia、ib、ic为绕组电流。第一作者简介:吴云(1956)),男,辽宁省抚顺市,副教授,系主电磁转矩的表达
5、式为任,研究方向:电机控制,电力电子传动,系统仿真。E-mai:l跨过空隙传到转子的功率1Te==(eaia+ebib+ecic)wuyun5671@163.com。转子的机械角速度X*通信作者简介:杜明娟(1982)),女,浙江衢县人,硕士,研究方(2)向:电机控制。(2)式中,X为BLDCM的转子角速度。BLDCM的4182科学技术与工程9卷运动方程可表示为box2.3丰富的模块库,在分析BLDCM数学模型的dX基础上,提出了建立BLDCM控制系统仿真模型的Te=Tl+BX+J(3)dt方法。BLDCM建模仿真系统采用双闭环控制方案:(
6、3)式中,B为阻尼系数,J为电机的转动惯量,Tl为转速环,电流滞环构成。BLDCM建模的整体控制中负载转矩。主要包括:BLDCM本体模块、电流滞环控制模块、速[3]度控制模块、转矩计算模块和电压逆变模块等。2基于MATLAB的BLDCM系统模型的在Simulink中搭建出BLDCM控制系统的仿真模建立型,并实现双闭环的控制算法。系统仿真模型如图1所示。在Simulink环境下,利用SimPowerSystemTool图1Matlab/Simulik中BLDC仿真建摸整体控制框图2.1BLDC本体模块由此,先由单位周期,单位幅值梯形,反电动势
7、在整个控制系统的仿真模型中,BLDCM本体模波形形成一个逻辑模块,转子位置角作为其输入,块是最重要的部分,该模块根据BLDCM电压方程式输出与转速以一定的比例相乘,作为可控电压源的(1)求取BLDCM三相相电流信号ia、ib、ic首先求得输入,得到反电动势波形。该系统模块如图2所示。三相反电动势信号ea、eb、ec。有些文章中利用S函数2.2转矩、转速和转子位置输出模块[5]由式(2)和电机转子运动方程(不计磨擦转生成反电动势。现根据电机转子位置产生反电势为Simulink信号。其反电势幅值正比于速度。矩):dX/dt=(Te-Tl)/J可
8、得转速及转矩计算模块定义反电势系数E=kn(4)的仿真模型。采用了三个位置传感器,在空间位置(4)式中:上相差120b安装在电动机上,每隔60b电角度的时间对转子磁钢的位置进行一
