无刷直流电机锁相环稳速系统建模与仿真.pdf

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1、27卷第2期计算机仿真2010年2月文章编号：1006—9348(2010)02—0339—04无刷直流电机锁相环稳速系统建模与仿真徐蕾，马瑞卿，孙银川，王穆移(西北工业大学自动化学院，陕西西安710072)摘要：研究无刷直流电机高精度稳速系统中的转速、电流双闭环控制技术，采用了锁相环(PLL)技术用于无刷直流电机转速控制中。根据数学模型推导出r锁相环的传递函数并建立~r仿真模型。在Matlab7．O／Simulink环境下，搭建了无刷直流电机双闭环锁相稳速系统仿真模型进行仿真，得出r速度阶跃响应的相电流、反电势、转速响应

2、曲线以及转速波动曲线。仿真结果验证了各环节数学模型的有效性，证明了锁相环控制是提高无刷直流电机转速稳定度的有效手段。关键词：无刷直流电机；仿真模型；双闭环控制；锁相环中图分类号：TM381文献标识码：BModelingandSimulationofBLDCMConstant——speedControlSystemBasedonPLLXULei，MARui—qing，SUNYin—chuan，WANGMu—yi(AutomationSchool，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’舳

3、Shanxi710072，China)ABSTRACT：111ispaperstudiesonhig}Iaccuracyconstant—speedsystemofBLDCM，inwhichdual—loopofspeedandcurrentcontrolisused．Isolatedfunctionalblocks，suchasPh聃e—lockedLoop(PLL)block，andBLDCMblockwagmodeledinMatlab7．0／Simulinkcircumstance．Then，speedcontro

4、llerbasedonPLLWagestablishedandusedinconstant—speedsystemofBLDCM．Thevalidityoftllemodelhasbeenprovedbysimulationresults。anditalsoverifi幅thatPLLcontrolCanimprovethestabilityofmotor8Deedcontr01．KEYWORDS：BLDCM；Simulationmodel；Towclosedloopcontml；Phase—lockedloop1引言无刷

5、直流电动机(BLDCM)具有结构简单、调速性能好、功率密度高等众多优点，已广泛应由于国防、航空航天、电动车辆、精密仪器、计算机、汽车、工业自动化和家电等领域。在某些特殊的应用场合，需要电机具有很高的转速稳定度，如陀螺仪、转台、卫星动量轮、DVD驱动器及一些医疗设备【l以】。在这种情况下，常采用锁相环(PLL)来实现电机的稳速控制。本文提出了利用锁相环作为无刷直流电机转速环调节器来实现电机稳速控制的新的仿真方法。在Madab7．0／Sim—ulink环境下搭建了无刷直流电机转速电流双闭环控制系统的仿真模型。其中，转速环采用锁

6、相环控制。在分析锁相环原理的基础上，推导出了锁相环的传递函数，建立了仿真模型并将其应用于无刷直流电机转速控制环中，构成了转速、电流双闭环控制系统。仿真结果表明，采用锁相环控制可有收稿日期：2008—09—17修回日期：2008—12—15效提高电机转速的控制精度，满足高精度稳速控制的要求。2系统结构及BLDCM本体模型2．1系统仿真模型整体结构在Matlab7．0的Simulink环境下，利用Simulink及Sire-PowerSystem丰富的模块库，根据BLDCM的数学模型，可建立BLDCM系统的仿真模型。图1BLD

7、CM控制系统结构圈图1是无刷直流电机控制系统仿真模型结构图。根据模块化的思想建立了各独立的功能模块，再将各功能模块有机组合，构建出系统模型。系统主要包括BLDCM本体模块、．———339·-——速度环控制模块、电流环控制模块、PWM发生器模块、逆变器模块等。2．2BLI)C'M本体模型BLDCM理想情况下的状态方程为‘”：[兰]=[主；三][兰]+[￡三肼L兰M工兰肘]悄悄圈3BLDCM本体封装示意图(1)度，觚gle为电机转过的角度，Hall是电机换向信号。由(1)式可知，要建立BLDCM的本体模型，需要计算出三相相电流

8、i．、i8和ic。而三相电流的求取又要依赖于三相梯形波反电势e．、e。和e。。所以首先必须求取三相反电势。在Maflab中实现梯形波较为困难，在本模型中采用削去顶部的正弦波来代替梯形波。图2是Matlab下计算A相绕组反电势的仿真模块。其中A+和A一为与A相绕组相连的桥臂上下开关管的换向信号。图2A相绕