pwm控制下永磁无刷直流电机仿真研究

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1、(电气开关>(2010．No．5)39文章编号：1004—289X(2010)05—0039—03PWM控制下的永磁无刷直流电机仿真研究武权立，黄洪全(广西大学，广西南宁530004)摘要：在分析无刷直流电机数学模型的基础上，提出了一种无刷直流电机控制系统仿真建模方法。利用MAT—LAB／SIMULINK仿真平台建立该系统的仿真模型，电机本体模型利用SimPowerSystems中的库元件，采用电压型PWM控制。仿真结果验证了仿真模型的有效性和正确性。关键词：无刷直流电机；建模仿真；脉宽调制(PWM)中图分类号：TM92

2、1．1文献标识码：ASimulationStudyofPermanentMagnetBrushlessDCMotorBasedonPWMControlQuan—li．HUANGHong—quan(GuangxiUniversity，Nanning，530004China)Abstract：BasedonthemathematicalmodeloftheBrushlessDC，amethodformodelingandsimulationofitscontrolsystemisproposed．Thesystemissim

3、ulatedandanalyzedinMATLAB／SIMULINK．ThemotormodelisestablishedbyacomponentinSimpowersystems．ThesimulationmodelisadoptedvoltagePWM．Thesimulationresultshaveverifiedthereasonabilityandvalidityofthesimulationmode1．Keywords：BrushlessDCmotor；modelingandsimulation；pulsew

4、idthmodulation(PWM)1引言2BLDCM数学模型’永磁无刷直流电机(BrushlessDCMotor，以下简称BLDCM)以其体积小、维护方便、控制精度高等优点，在伺服控制、数控机床、机器人等领域得到广泛应用。随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的发展，BLDCM已由数字控制替代传统的模拟控制。而建立无刷直流电机控制系统的仿真模型，可以有效的节省控制系统设计时间，缩短研发时间。基于Matlab的BLDCM仿真研究逐渐成熟，在最新版本Maflab中已经提供现成的BLDCM模型，比查表法¨．2J、s函数法

5、等电机本体建模方便了很多。而在文献[2，4，6]中，BLDC的换相是基于电流滞环控制，需要3个电流互感器测量三相电流，具体实现时成本较高，开关噪声较大。本文在[]=[量][兰]+[￡肘兰兰]未总结前人研究成果的基础上，采用电压型脉宽调制(PWM)控制技术，通过控制占空比调节电机供电电压1f，1进而控制电机速度，利用MATLAB7．8的Simulink工具实现BLDCM高效数字控制仿真。lJ<电气开关>(2010．No+5)式中u——相电压，下标x代表三相绕组A、B、C；势波形设置为梯形；逆变器选择通用逆变桥、MOSFET

6、￡——相电流；器件；为了适应数字控制的需要，PI控制器采用离散PIe——相感应电动势；控制器，设置电流采样频率是速度采样频率的8倍。R——相电阻；3．2换向逻辑信号模块￡——相绕组自感；电机模块输出的三相霍尔信号和控制模块输出的一相绕组互感。PWM信号作为逆变器开关选择器件的输入，输出6个机电联系方程为：信号Ql—Q6分别控制三相逆变桥的6个开关，进行BLDC的换相和控制。采用逆变桥上侧功率管PWM‘0：n(、2一)调制的方式，按照式(5)的逻辑关系构造开关选择模块，开关逻辑如图3所示。式中——电磁转矩；Q——电机转子机

7、械角速度。Q1=b·e·PWMQ4=a·cQ2=5·cQ5=a·5·PWM(5)其中e=Q(3)Q3=a·c-PWMQ6=Ⅱ·b式中——反电动势系数。其中a、6、c为hall信号。运动平衡方程为：1．5—TL=n(4)1．0O．5式中——负载转矩；0．，—一转子转动惯量；《．0．5B——凝滞摩擦系数。3无刷直流电机仿真模型的建立图3开关逻辑波形4仿真结果BLDCM仿真系统采用转速、电流双闭环控制，利为了验证所设计的仿真系统的可靠性，做如下仿用经典PI控制算法。其控制系统总体框图如图1所真实验。选择电机的参数为：R=2．8

8、750(Q)，L—M=示，仿真系统框图如图2所示。8．5e一3(H)，=0．14661(V／RPM)，J：8e一4(kg·nl)，B=le一3(N·In·s)，极对数P=4，电源DC=500V，给定转数／Z=3000(RPM)。仿真时间设定为0．4s，空载起动，在0．2s时加入负载转矩=4N·m。得到定子相电流、相反