反向旋转永磁无刷电机的双闭环控制系统的建模和仿真(文

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1、9基于DSP芯片的无刷直流电机控制系统研究（文献翻译）反向旋转永磁无刷直流电机的双闭环控制系统建模和仿真班级（学号）姓名摘要：水下无人运输机（UUV）在军事和民用方面都有很重要的应用，UUV传统的动力系统采用的是旋转螺旋桨推进系统，但却有一些缺点，例如：动力系统效能低，噪声高，体积大。正是因为UUV传统动力系统有这些缺点，这份研究探究了一种新的动力系统，即反向旋转永恒磁力无刷直流电机（无刷直流电机）。本文讨论了反向旋转永恒磁力无刷直流电机的数学模型；在普通的永恒磁力无刷直流电机和自适应速度控制器设计基础上，自适应速度控制器采用的结构为双闭环控制系统，即里

2、面是电流环路而外面是速度环路组成的双闭环系统；本文在Matlab/Simulink的基础上进行了反向旋转永恒磁力无刷直流电机的建模和仿真。仿真结果显示双闭环控制系统的设计与理论分析是一致的，同时与之前的UUV动力系统相较，双闭环控制动力系统大大地改善了动力系统的性能，减少了显著噪声，减少了体积，节省了空间。因此，研究表明反向旋转永恒磁力无刷电机的双闭环控制系统可以实现UUV动力系统的一些性能改善。关键词：永恒磁力直流无刷电机，电流环路，速度环路，数学模型，仿真。Ⅰ引言水下无人运输机器（UUV）在军事和民用都有很重大的应用。在军事中，UUV可以被用作潜水艇

3、自动防御和攻击的工具，例如，由潜水艇鱼雷发射UUV用以水下监测和侦测敌人的地雷区，同时也可以用于追踪和摧毁敌人的潜水艇。而在民用方面，UUV则是人类的一个进步性发明，同时它也是开发海洋资源不可缺少的工具，例如海洋资源探测，海洋科学检测等等。然而，传统的UUV动力系统是螺旋桨推进系统，它有低效能高噪声的大缺点。UUV的新动力系统开始采用反向旋转永恒磁力无刷直流电机，与之前的动力系统相比较，大大地增加了有效性，噪音也显著下降，减少了体积从而节省了更多的空间。本文设计了反向旋转永恒磁力无刷电机的双环路控制系统，并且实现了他的建模和仿真，本文有助于UUV动力系统

4、的一些性能改善。Ⅱ反向旋转永恒磁力无刷电机的双闭环控制系统数学模型分析反向旋转永恒磁力无刷直流电机的双闭环控制系统于文献[1]9基于DSP芯片的无刷直流电机控制系统研究（文献翻译）已经被详细描述，在本文中将不会描述太多。一般应用通常使用速度和电流的双闭环结构去调速，因为这在反向旋转永恒磁力无刷直流电机和一般的永恒磁力无刷直流电机并没有很大的区别，但是反向旋转永恒磁力无刷直流电机的转子是旋转的，所以可以向一般无刷直流电机一样设计成双闭环控制系统。反向旋转永恒磁力无刷直流电机的速度校准系统动力结构如图1所示。它包含了电流的ACR校准器，ASR电压校准器，电流

5、滤波和速度滤波和很多环节，以及电子功率设备，而不是最开始的惯性设备。因为侦测信号包含直流电流，控制系统需要增加低通滤波器来防止影响到校准器的输入，滤波器的时间常数Toi，为了平衡滤波环节引起的延迟，需要给定一个同样的滤波时间常数，它叫做滤波环节。显然，速度环也加入了滤波环节，滤波时间常数是Toi而且速度环加入了一个给定的时间常数也为T的滤波环节，由此可以设计出简易的电流和速度校准器。图1双闭环控制系统动力结构A.电流校准器的设计因为反电动势与电流反馈相互作用，见图2，对电流环的设计产生了影响。反电动势与速度变化是成比例的，引擎变化速度往往远远慢于电流，所

6、以反电动势是电流环的一个很小的干扰。在一定的条件下反电动势在电流变化的过程中保持稳定，就是△E=0。因此，设计中电流环产生的动力效能，不能将旋转电动势的影响考虑进去，此时电流环的近似结构如图2（a）所示，如果忽略电流环反电动势的近似条件：（1）其中，ωci是电流环开路的截止频率。如果给定滤波器和反馈滤波器与在两个环节的环内传送的是相同的，当给定信号变为，电流环单元与负反馈系统相同，如下图2（b）所示。最后，因为TS和Toi远远小于T1,惯性可以看作一个集体并且近似为惯性环节，它的时间常数为：（2）在简化条件下：9基于DSP芯片的无刷直流电机控制系统研究（

7、文献翻译）（3）另外，电子功率设备在最开始的惯性设备条件而不是近似条件下：（4）此时，电流环结构可以简化为下图2（c)。因为有PI型的电流校准器，电流环可以修正为Ⅰ型系统，转移函数可以写成：（5）其中，Ki：电流校准比例系数，：电流校准前的时间常数。为了消除校准器零点和控制对象较大的时间常数极点，令：（6）此时，电流环框图的动力结构变成了一个典型结构，如图3示。（7）因为电流校准器的参数为Kt和Tt，Tt已经确定，未知参数是比例因子Kf，Kf可以通过需要的动力性能来确定，在一般情况下：图2动力简化结构的电流环9基于DSP芯片的无刷直流电机控制系统研究（文

8、献翻译）图3校正后的电流环我们希望电流的超调量小于5%，根据校准器的工程设计，要