无刷直流电机控制系统建模仿真分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5期(总第186期)机械工程与自动化No．52014年1O月MECHANICALENGINEERlNG＆AUT0MAT10N0ct．文章编号：1672—6413(2014)05—0017—03无刷直流电机控制系统的建模仿真分析米石江涛，潘峰，罗方利(太原科技大学，山西太原030024)摘要：分析了BLDCM的数学模型，运用MATLAB仿真软件搭建了无刷直流电机控制系统的仿真模型。本系统采用了速度PID控制、电流迟滞控制的双闭环控制方案，电流迟滞控制是为了更方便地跟踪P

2、WM信号并控制逆变器开关的导通与关断。通过试验结果可以看出系统能够稳定运行，进而验证了该方案的可行性。关键词：无刷直流电机；MATLAB；建模；仿真中图分类号：TM33：TP391．7文献标识码：A0引言无刷直流电机(BLDCM)不需要机械电刷，这样就会消除机械电刷带来的负面效果，而且它还具有质量小、规格小、惯量小、效率高和控制精度高等优点，并保留了普通直流电动机优良的机械特性，故被广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域L1]。MATLAB是一种强大的建模仿真软件，本文借助它的仿真能力，并运用MATL

3、AB／Simulink中的相关模块元件与S-function模块建立了BLDCM控制系统的仿真模通过了解无刷直流电机的结构，并假定电机的三型，并通过试验观察系统的各项输出参数波形，同时人相绕组是完全对称的，那么就会有以下关系：为地改变系统的仿真结构并对参数进行另设，由此对系统在不同仿真结构与不同参数下的动、静态特性进行对比研究“j。1BLDCM的数学模型为了方便分析系统的动、静态特性，以两相导通星形三相六状态为例，假定以下条件成立：①电机的气隙磁场为方波，三相绕组完全对称，同时定子电流、转子E；]一『昙量

4、]]+[LML专MLM]p·磁场分布也都对称[5；②忽略电机的齿槽、换相过程和电枢反应等的影响；③电机的电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；④磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。LjEelJ在以上假定条件下，根据BLDCM的机械特性，可建立电机的状态方程及电机的等效电路。1．1BLDCM的电压状态方程BLDCM的电压平衡状态方程如下：其中：为电磁转矩，N·m；cc，为电机的角速度，rad／]。00]。]厂L。LL]S。无刷直流电机的运动方程为：IU6l—10R60lli6I+lLL6LkIP·—T』

5、+BctJ

6、+．，．(4)_JL00R．JLi_JLLL曲Lj*太原科技大学优秀研究生创新项目(20125011)收稿日期：2013—12—20；修回日期：2014—04—2O作者简介：石江涛(1986一)，男，河北保定人，在读硕士研究生，研究方向为现代交流传动与控制。学兔兔www.xuetutu.com·18·机械工程与自动化2014年第5期其中：TfJ为负载转矩，N·m；B为阻尼系数，N·in·elseif(u[1]>pi＆u[1]<一4pi／3){Ia=一u[0]}Ib=u[o]；le=0；)s／rad；J为电

7、机的转动惯量，kg·133．。。elseif(u[1]>4pi／3~u[1]<一5pi／3)1．3BLDCM的状态方程{Ia=一u[O]；Ib=0；Ic=u[O]；}由电机的电压方程，可得其状态方程：Else{Ia=0；Ib=一u[O]；Ic=u[O]；)yl=la：L00—My2一Ib：y3一Ic；霸10一0L—MO10L—M㈣1．4BLDCM的等效电路根据式(2)的电压方程，可以用图1的等效电路图U‘图3电机本体模块U0图1BIDCM等效电路图2BLDCM控制系统仿真模型的建立[72．1BLDCM控制

8、系统模块在MATLAB7．0的Simulink环境下，建立图4电机速度模块BLDCM控制系统的结构框图，如图2所示。其中，为角．位移，。，，，¨I，为参考电流，J为给定电流。图5转矩计算模块(2)位置检测子程序如下：图2BLDCM控制系统结构框图b一(Theta／(2pi))；本文的BLDCM控制系统采用转速PID、电流迟a—floor(b)lif(Theta==0)滞同时作用的双闭环控制方案。通过对图2的分析可y[O]一O；以将整体模块分为电机本体模块(见图3)、电机速度elseif((Theta／(2

9、pi))一一a)模块(见图4)、转矩计算模块(见图5)。y[O]一2pi；2．2S函数部分子程序elsey[O]一Theta～a*2pi；(1)参考电流子程序如下：y—y[O]；if(u[1]>一0&u[1]<=pi／3)(3)反电动势子程序如下：{Ia=u[O]；Ib=一u[O]}Ic=0；)If(u[O]>一O＆u[O]<一pi／3)elseif(u[1l>pi／3b-u[1]<一2*pi／3){ea—k；eb=一k；ec