基于simulink的无刷直流电机自抗扰控制系统的仿真

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1、基于Simulink的无刷直流电机自抗扰控制系统的仿真基于Simulink的无刷直流电机自抗扰控制系统的仿真刘向军，陈鹏伟*510152025303540（华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206）摘要：无刷直流电机（BLDCM）作为一个多变量强耦合非线性系统，经典PID控制已难以满足日益增长的精密控制需求。本文根据无刷直流电机的特点及自抗扰控制器ADRC设计原则，建立了一种无刷直流电机单环自抗扰控制系统，并在MATLAB/Simulink上建立了仿真模型。仿真结果表明ADRC对外部扰动和电机

2、参数的变化有较强的鲁棒性。关键词：无刷直流电机；自抗扰控制器；MATLAB/Simulink中图分类号：TP27SimulationofBrushlessDCMotorAuto-disturbance-rejectionControlSystemBasedonSimulinkLiuXiangjun,ChenPengweiSchoolofElectrical&ElectronicEngineeringofNCEPU,Beijing102206Abstract:Forhighcouplingmulti-var

3、iablesnon-linearbrushlessDCmotorspeedcontrolsystem,itisdifficulttoachievedesiredperformancebyusingclassicPIDcontroller.StartingfromthecharacteristicsofthebrushlessDCmotorsandtheprinciplesofthedesignofauto-disturbances-rejectioncontrollerADRC,anewsingleloo

4、pauto-disturbances-rejectionstrategyforbrushlessDCmotorcontrolsystemwasproposedinthepaperandestablishedthemodelintheMATLAB/Simulink.ThesimulationresultsshowedthatADRChasbetterdynamicperformanceandrobusttoexternaldisturbancesandinternalmotorparametervariat

5、ion.Keywords:BrushlessDCMotor;Auto-disturbance-rejectionController;MATLAB/Simulink0引言无刷直流电机（BLDCM）具有结构简单、调速方便、电磁污染小、功率密度大等优点，因此在伺服系统及小功率拖动系统中得到了广泛运用。但由于电机本身结构及馈电系统等方面的原因，存在固有缺陷，限制了其在精密传动以及大功率驱动系统中的应用。自抗扰控制器（ADRC）继承了PID控制器不依赖对象模型的优点，利用非线性结构从根本上克服了经典PID固有的缺

6、陷，具有超调低、低敛速度快、精度高、抗干扰能力强及算法简单等特点，在控制对象的参数发生变化或有不确定性扰动时具有较强的自适应性和鲁棒性[1]。本文根据无刷直流电机的运行特点，在双闭环控制系统的基础上，转速外环引入自抗扰控制器，建立了单环自抗扰控制系统的Simulink模型。仿真结果表明，该方法对电机运行过程中的转矩波动具有明显抑制作用，抗扰性能优于传统双闭环PI控制系统。与内外环双自抗扰控制器系统相比，参数整定更加简易，且性能基本不变。1无刷直流电机数学模型无刷直流电机是一种多变量强耦合非线性系统，为简化

7、仿真模型的建立，作如下假设：（1）定子绕组为60°相带整距集中绕组，Y形连接，忽略齿槽效应；作者简介：刘向军，（1970-），女，副教授，电力系统及其自动化。E-mail:Lxjun@ncepu.edu,cn-1-（2）电价的气隙磁感应强度在空间呈梯形（近似为方形）分布；（3）忽略电机中的磁滞和涡流损耗及电枢反应度气隙磁通的影响。转子的磁阻不随其位置改变而改变，定子绕组的自感与互感皆为定值，相绕组电压平衡45方程式可表示为：uxrixLMdix/dtex1式1中：ux，ix，ex为定子绕组对应相电压

8、、电流及反电动势；r，L，M为每相绕组的电阻、自感及互感。电磁转矩与运动方程为：50Te[eaiaebibecic]/wdw/dt[TeTlBw]/J23式3中：Tl为负载转矩；w为机械角速度；J为转子惯量；B为阻尼系数。2控制系统设计无刷直流电机控制系统一般采用双闭环控制结构，以电流环和转速环子系统作为串联结55构的两个子系统，由式（1）（2）（3）可得串联对象方程：??JJpri（4）?us?2LM??2J?