基于matlab无刷直流电机控制系统建模与仿真

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1、制造业信基于MATLAB的无刷直流电机控制系统建模与仿真‘。张立一．李莉(1．安徽矿业职业技术学院，安徽淮北235000；2．淮北煤电技师学院，安徽淮北235000；3．濉溪供电公司，安徽淮北235100)的数学模型的基础上，利用MATLAB对无刷直流电机进行建模，并在此基础上进行了调速臁裂裟法具有快速、实用的优点，能较好地模拟无刷直流电机的运行；而且对“。j、：LAB仿真

2、关键阗：无刷直流电机；MAT：建模：控制系统中图分类号：TM381文献标识码：A文章编号：1009—9492(20io)04—0029—03一一C㈨口川6Ⅲ●●●●●●，●1J．．．．．．．．．．．．．．．．．

3、．．．．『l—LOO心1引言O0R无刷直流电动机是一个强耦合OO、多变量、非线性、时＆i0000i丌．．．扎0b0变的复杂系统●●●●●●●●。为了获得满意的控制参数，在设计其控制1j+⋯．．系统前有必要先对其建模和控制系统仿真．。—L￡一——本文没有采用传统的S—Function来生成感应梯形波电其中：Ua、u6、uc_M定M子各相电压；e。、e6、e。定子各相反电动势；‘￡————定子各绕动势、i5、t定子电流；L，而是采用了查表的方法，并在此基础上生成Te模MM一定子各绕组三间互感；R组自感；胁。、Rb、R广定子块●●●●，●●●．从而避免了在求取Te时分母为零造成积分器输出

4、错1MMj各相绕组电阻d误的问题。，这样有利于提高仿真的进度和成功率。一出●●●●●●，，●由于采用Y形接h1法hKJ，各相绕组对称，所以有：2无刷直流电机的数学模型+一一i+ib+i=0(2)~。6C㈨口∽憎●，●●●因为BIJDCM的反电动势波形是梯形波1●●●J．从而造成定^亿=一心一删(3)6。，L[i-23l子和转子间的互感是非止弦的BLDCM三相方、．因此将)RF尺6=R=尺(4)。-方程比较困难-方程适用于气隙磁程变换为dq，因为dq驾．I将(2)醪一、(3)、(4)代入(1)，并引人中性点电压，场为正弦分布的电动机。所以直接利用电动机原有的相变1lZ=—．u+u6+

5、Ek)一(e—Ie6+e得：n：-[(o。)]，—b—C坐标系来建立数学模型比较方便量．即a。为简化分析。作以下假设：1)定子绕组为60。相带整距集中绕组(，Y形连接，+三相六状态：剐制(2)忽略磁路饱和，不计涡流和磁滞损耗；(5)(3)忽略齿槽效应，不考虑电枢反应，气隙磁场分布卜三一M0l二lf。f+IP。l—为梯形波，平顶宽为电角度；0三上一MlhI1e谳1+『纠．1(4)三相绕组完全对称。2．1三相绕组相电压方程2．2电磁转矩方程根据以上分析．建立无刷直流电动机动态数学模型如无刷直流电机的电磁转矩由定子电流和转子磁场相互下：作用产生，其表达式为：收稿日期：2009—1l—08

6、业信息化：＆(6)3．3电磁转矩方程模块03,为了防止分母为零而导致积分器输出错误，必须设置2．3BLDCM运动方程初值，将(6)式作适当地变形如下：To—TL-Bto=，(7)=生(8)【lto“J∞其中：——电磁转矩；——负载转矩；卜_转子同样可以使用生成反电动势的方法来实现电磁转矩模转动惯量；‘1)——机械角速度；B——阻尼系数。块．如图4所示。3BLDCM控制系统模型的建立I^本文中BLDCM控制系统采用速度电流双闭环调速。外环为速度环，内环为电流环，采用PI调节。下面根据BLDCM的电压方程、电磁转距方程、运动方程在Matlab中进行电机本体模型的搭建。3．1电压方程模块

7、由式(5)的电压方程可以得到电压模块，如图1所示图4电磁转矩模块3．4运动方程模块由(7)式的运动方程可以得到的机械运动模块，如图5所示。Te图l电压方程模块B3．2反电动势模块图5运动方程模块由图2的反电动势波形，结合Look—upTable生成三相绕组中的反电动势模块，如图3所示。3．5BLDCM模块由上述模块，可以搭建出BLDCM模块，如图6所示。f图2反电动势波形图钿●-Ii廿图6BLDCM模块rl『3．6电子换向信号模块][==BLDCM中换向器的换向信号是通过检测不导通相绕组中反电动势过零点来给出的[33，而反电动势又是角的函数。所以，可以根据角来生成IGBT的6路换向

8、信号，上桥臂轮流导通电度角，下桥臂交替导通电度角。模块如图图3反电动势模块7所示制造业信环后抗扰性能明显增强：图11为在0．03s给电动机加上负载．仿真显示电动机的电磁转矩在0．005s内恢复稳定。图12为不加负载情况，输出转矩大约在0．0325s稳定，图l3为0．03s给电动机加上负载时的情况，电动机输出转矩很快趋于稳定。120o：／、＼一：10【)0／’；图7电子换向模块ae00f．．．．．．．．．．．：．⋯．．．．．．．口}600⋯＼03．7系统模型400⋯-，