3基于matlab的无刷直流电机控制系统的仿真

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1、万方数据第9卷第14期2009年7月1671·1819(2009)14—4181．05科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVoL9No．14July2009@2009Sci．TectrEngng．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和调试

2、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11P273．6；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、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，使元刷直流电动机保留了普通直流电动机优良的机械特性，从而在得到了广泛应用⋯。建立无刷直流电动机控制系统的仿真模型来验算各种控制算法，优化整个控制系统，可以在短时间内设计出预期效果的控制系统。一些文章中提出通过PWM控制实现旧1；或通过电流滞环控制实现。其中都用到s函数，对系统的仿真增加

3、了难度【3_4J。在分析无刷直流电机数学模型的基础上，利用Simulink中的各种模块，在电流滞环控制的基础上建立了BLDCM控制系统的仿真模型。从而实现了只利用Simulink中的模块建立BLDCM控制系统的仿真模型。并通过对实例电机的仿真，给出了各种仿真波形。从而验证了数学模型的有效性及控制系统的合理性。2009年4月1日收到第一作者简介：吴云(1956一)，男，辽宁省抚顺市，副教授，系主任，研究方向：电机控制，电力电子传动，系统仿真。E-mail：wuyun5671@163．tom。‘通信作者简介：杜明娟(1982一)，女，浙江衙县人，硕士，研究

4、方向：电机控制。1永磁无刷直流电动机(BLDCM)的数学模型[圣]=[言墨三][兰]+[L三肘L三肘￡兰肘]×HU71：==41i!iii；l}{；!{；{5{；}l；5i紫：=·：1：-(e。i。+e。i。+e。i。)。一转子的机械角速度一cc，”扩4～铲61‰～7万方数据4182科学技术与工程9卷运动方程可表示为L=瓦+鼬●‘，d出to(3)(3)式中，B为阻尼系数，歹为电机的转动惯量，瓦为负载转矩。2基于MATLAB的BLDCM系统模型的建立在Simulink环境下，利用SimPowerSystemToolbox2．3丰富的模块库，在分析BLDC

5、M数学模型的基础上，提出了建立BLDCM控制系统仿真模型的方法。BLDCM建模仿真系统采用双闭环控制方案：转速环，电流滞环构成。BLDCM建模的整体控制中主要包括：BLDCM本体模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、转矩计算模块和电压逆变模块等【3J。在Simulink中搭建出BLDCM控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法。系统仿真模型如图1所示。图1Matlab／Simulik中BLDC仿真建摸整体控制框图2．1BLDC本体模块在整个控制系统的仿真模型中，BLDCM本体模块是最重要的部分，该模块根据BLDCM电压方程式(1)求取BLDCM三相相

6、电流信号i小i¨i。首先求得三相反电动势信号乞、％、巳。有些文章中利用S函数生成反电动势‘51。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。定义反电势系数E=kn(4)(4)式中：Dk2彘脚，(5)(5)式中P为极对数，d为计算极弧系数，形为每相有效串联匝数，只与电机参数有关且为常数，11,为转速。由此，先由单位周期，单位幅值梯形，反电动势波形形成一个逻辑模块，转子位置角作为其输入，输出与转速以一定的比例相乘，作为可控电压源的输入，得到反电动势波形。该系统模块如图2所示。2．2转矩、转速和转子位置输出模块由式(2)和电机

7、转子运动方程(不计磨擦转矩)：d∞／dt=(t一兀)刀可得转速及转矩计算模块的仿真模型。采用了三个位置传感器，在空间位置上相差120。安装在电动机上，每隔600电角度的时间对转子磁钢的位置进行一次检测。如果要求传感器的位置信号1／2周期为高电平，1／2周期为低电平，并且三个传感器位置信号的相位依次相差1200，可以得到磁极位置传感器的仿真模型。如图3所示。万方数据14期吴云，等：基于MATLAB的无刷直流电机控制系统的仿真图2本体模块及后电动势生模块转于惶置l检引一图3转速和转子位置输出模块2．3脉宽调制功能模块及换相逻辑模块当某相的反电动势波形达到波

8、顶时，该相所对应的上桥臂功率开关导通，经过120。电角度后关闭；当反电动势波形到达波底时，下桥