基于Matlab_Simulink的无刷直流电机仿真控制.pdf

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1、第２７卷第４期上海工程技术大学学报Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．４２０１３年１２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＧＨＡＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＳＣＩＥＮＣＥＤｅｃ．２０１３文章编号：１００９－４４４Ｘ（２０１３）０４－０３５２－０５基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的无刷直流电机仿真控制刘家发，吴训成，张珏成（上海工程技术大学汽车工程学院，上海２０１６２０）摘要：通过分析无刷直流电机（ＢＬＤＣＭ）的数学模型，建立了基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ控制系统的仿真模型．将模型按不同功能划分成若干子模块，并对各子模块详细说明．运用Ｍ函数、模块组合等手段实现了电流和速度比

2、例、积分、微分（ＰＩＤ）双闭环控制系统仿真．仿真实例电机所得的仿真结果与理论分析一致，表明控制系统设计可靠．关键词：无刷直流电机；Ｍａｌｔａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件；建模；仿真；比例、积分、微分中图分类号：ＴＭ３３文献标志码：ＡＳｔｕｄｙｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＢＬＤＣＭＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋＬＩＵＪｉａｆａ，ＷＵＸｕｎｃｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｕｅｃｈｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２

3、０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＢＬＤＣＭｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔ＇ｓｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｓｅｐａｒａｔｅｄｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｓｕｂ－ｍｏｄｕｌｅｓｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｅａｃｈｓｕｂ－ｍｏｄｕｌｅｗａｓｇｉｖｅｎｄｅｔａｉｌｅｄｅｘｐｌａｉｎｅｄ．ＡｄｉｇｉｔａｌＰＩＤｏｆｄｏｕｂｌｅ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｓｐｅｅｄｗａｓｒｅａｌｉ

4、ｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆＭ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｕｌｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｔｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢＬＤＣＭ（ｂｒｕｓｈｌｅｓｓｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍｏｔｏｒ）；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｓｏｆｔｗａｒｅ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＰＩＤ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－ｉｎｔｅｇｒａｌ－ｄｅ

5、ｒｉｖａｔｉｖｅ）无刷直流电机（ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ刷直流电机应用大范围的推广普及，各种针对性的Ｍｏｔｏｒ，ＢＬＤＣＭ）以电子换向器取代传统的有刷电控制方案和控制算法相继被提出．为了能够方便地机的机械电刷结构，它具有质量轻、寿命长、效率高进行理论分析以及完成对各种控制方案和控制算等优点．相较于有刷直流电机以及感应电机，它具法的验证，有必要建立一个准确可靠的无刷直流电有更高的输出转矩与电机体积比．因此在特别需要机控制系统的仿真模型．本文首先分析了ＢＬＤＣＭ考虑质量及空间等因素的场合中备受青睐，比如汽的数学模型，然后以该数学模型为基础，在［１－３］车、家

6、用电器、航空航天、医疗等行业．随着无Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立了ＢＬＤＣＭ转速与收稿日期：２０１３－１０－２３作者简介：刘家发（１９８９－），男，在读硕士，研究方向为车辆传动及其控制技术．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｊｉａｆａ１９８９＠１６３．ｃｏｍ第４期刘家发，等：基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的无刷直流电机仿真控制·３５３·［４－６］，并通过对２电流串级闭环控制系统的仿真模型ｋｇ·ｍ；Ｂ为阻尼系数，Ｎ·ｍ·ｓ／ｒａｄ．ω与转子转某型实例电机的仿真，得出了该电机三相电流、反速ｎ（ｒ／ｍｉｎ）的关系为电动势、转速与转矩等仿真波形．仿真结果表明，该２πω＝ｎ（４）模

7、型可靠，控制效果良好．６０１ＢＬＤＣＭ数学模型２ＢＬＤＣＭ控制系统仿真模型的建立假设某型无刷直流电机定子绕组为三相Ｙ型接法，两两导通方式，驱动电路采用三相全桥逆变在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，利用Ｍ函数和电路，分析理想情况下（反电动势波形为１２０°梯形内置的ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ模型库，采用模块化建波，相电流波形为１２０°方波）该ＢＬＤＣＭ的数学模模方法，将控制系统分为以下几个子模块：电机本型与电磁转矩等特性．驱动及电机等效电路如图１体模块、控制模块、逻辑换相模块和三相逆变电路［７］所示．［８］模