直流无刷电机的建模与仿真.pdf

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1、总第188期2010年第2期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringV01．30No．2123直流无刷电机的建模与仿真’陈欢(无锡科技职业学院无锡214028)摘要文章运用MATL，AB／SIMULINK软件，对集成一体化起动／发电机(ISG)系统中的直流无刷电机进行建模。采用速度环和电流环的双闭环控制方法对电机进行精确控制，仿真结果与试验结果较为符合，对于ISG系统的开发与调试具有参考价值。关键词MATLAB／SIMULINK；建模；仿真中图分类号TP391．9ModelingandSimulationofBrushlessDirectCurr

2、entMotorChellHuan(DepartmentofElectricalEngineering，WuxiProfessionalSchoolofScienceandTechnology，Wuxi214028)AbstractTheMATLAB／SIMULINKisusedtObuildthemodelofBLDCMintheIntegratedStarterGenerator(ISG)system．Thedoubleclosed-loopmethodincludingspeedandcurrentclose-loopsisadoptedtOeontrolthe

3、BLDCMaccurately，theexperimentalresultconfirmsthevalidityofsimulatedresultandprovidereferencevalueforthedevelopmentandtestingoflSGsystem．I(eyWordsMATLAB／SIMULINK，modeling，simulationCl锻NI耵'berTP391．91引言在油价高涨和温室气体排放问题日益严峻的今天，人们越来越重视车辆的油耗与排放问题。集成一体化起动／发电机(IntegratedStarterGenera-tor)系统作为轻度混

4、合动力家族中的一员，越来越受到国内外诸多汽车厂商的青睐。在该系统中，用电机取代了传统发动机的飞轮，并且该电机可以完成自动起停、电动助力和制动能量回收的功能。例如，搭载1．3L排量的汽油机的奇瑞A5ISG混合动力轿车的动力性能可以达到1．6L排量的水平，燃油消耗量降低30％，达到欧V排放标准。永磁同步电机一般分为两种：将反电动势波形和供电电流波形都是矩形波的电机称为直流无刷电机(BLD(、M)；而将反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电机称为正弦波永磁无刷直流电机(PMSM)。直流无刷电机以其结构简单，维护方便，运行可靠，调速性好等优点，在电动汽车，航空航天以及现代家

5、用电器中应用宽泛。文章以MATLAB软件中的SIMULINK为平台，结合SimPowerSystems中的模块，构建ISG系统中直流无刷电机的模型，试验结果验证了该模型的准确性，为电机的调试以及ISG系统控制策略的开发，提供了一定的参考价值。2直流无刷电机的数学模型为简化电机的数学模型，做如下假设：1)三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流与转子磁场皆对称分布；2)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等影响；3)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。于是可以得到三相绕组的电压平衡方程[1]：·收稿日期：2009年10月8日，修回日期：200

6、9年11月15日作者简介：陈欢，女，硕士研究生，助教，研究方向：直流无刷电机的仿真研究。124陈欢：直流无刷电机的建模与仿真总第188期I

7、；]=臣兰习匡]+臣乏L嗣Mp匡]+匡]3基的-电T"机M模AT型LAB／SIMuLINK建立式(1)中，‰、U6、Uc为三相相电压；ia、ib、i，为三相相电流；ea、e。、e，为三相反电动势；L为三相绕组的自感；M为每两相绕组间的互感；户为微分算子P将式(2)和式(3)代人式(1)中，得到电压方程：

8、!]=Im+[L一0ML二M呈0』J—P00L匡]+匡]c4，+I一』Ⅵl如I+J岛l(4)L一删k，-Jk．J示，电机的反电动

9、势和相电流波形如图2所示。罨0署0罟0圈l直流无刷电机等效电路图图2电机的反电动势和相电流的理想波形电磁转矩方程为：t一—(i,,eaq'-ioe—bq-i,er)(5)(U在忽略转动时粘滞系数的情况下，运动方程为：L2TL+．，鲁(6)其中，∞为电机的机械转速；TL为负载转矩；-厂为系统的转动惯量。文章采用速度环和电流环双闭环控制的方法对电机进行调速。外环为速度环，内环为电流环。根据模块化建模的思想，将直流无刷电机系统拆分成若干个子模块，包括：电机本体、速度调节模块、电流调节模块、PWM波输出模块、反电动势模块、转速及转矩输出模块等。这种模块化建模