基于matlab的无刷直流电动机双闭环调速系统研究

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1、河南工业大学控制系统仿真姓名：XXX班级：自动0901班学号：200948280105成绩：2012年11月8日设计题目基于Matlab的无刷直流电动机双闭环调速系统研究设计内容和要求1分析无刷直流电机的数学模型,2建立双闭环的数学模型3利用Matlab中的Simulink对无刷直流电机进行建模,并在此基础上进行了双闭环调速系统仿真.报告主要章节第一章无刷直流电机介绍1.1无刷直流电机简介1.2无刷直流电机调速系统的研究现状和未来发展1.3本设计的主要内容第二章无刷直流电机原理2.1无刷直流电机的概述2.2无刷直流电机数学模型第三章双闭环直流调速系

2、统的理论设计3.1系统工作原理3.2系统的参数描述3.3电流环与转速环的设计3.4matlab与simulink仿真总结参考文献基于Matlab的无刷直流电动机双闭环调速系统研究第一章无刷直流电机介绍1.1无刷直流电机简介无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，又称无换向器电机。早在上世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。本世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶

3、体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。1.2无刷直流电机调速系统的研究现状和未来发展目前国内外无刷直流电机的一般控制技术应经比较成熟，但日本和美国具有较先进的无刷直流电机制造与控制技术。特别是日本在民用方面较为突出，而美国则在军工方面更加先进。当前的研究热点主要集中在以下三个方面：①研究无位置传感器控制技术以提高系统可靠性，并进一步缩小电机尺寸与重量；②从电机设计和控制方法等方面出发，研究无刷直流电机转矩波动抑制从而提高其伺服，扩大应用范围；③设计可靠小巧，通用

4、性强的集成化无刷直流电机控制器。无位置传感器控制技术：传统的无刷直流电机通过位置传感器来直接检测电机转子的位置。无位置传感器控制技术主要通过电机内易获取的电压或电流信号，经过一定的算法处理，得到转子位置信号，也称为转子位置简介检测法。目前检测方法主要有：反电势法；电感法；磁链法；续流二极管法；观测器估计法；智能估计法等。其中反电势法原理简单应用较为广泛。采用无位置传感器控制的无刷直流电机一般较难直接起动，因此其起动问题一直是研究的热点和难点。利用反电势法检测转子位置的无刷直流电机三段式起动方法已经比较成熟，该方法从电机起动到稳定运行可分为三个阶段：

5、定子定位、加速和切换。其他无位置传感器控制下的电机起动方法，如预定位起动、升频升压同步起动法和短时检测脉冲转子定位法等也都有了一定的应用。1.3本设计主要内容本设计从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。第二章无刷直流电动机数学模型以两极三相无刷直流电机为例来说明数学模型的建立过程。电机定子绕组为Y接集中整距绕组，转子采用隐极内转子结构，

6、3个霍尔元件在空间相隔120°对称放置。在此结构基础上，另作如下假设以简化分析过程：(1)忽略电机铁心饱和，不计涡流损耗和磁滞损耗；(2)不计电枢反应，气息磁场分布近似认为是平顶宽度为120°电角度的梯形波；(3)忽略齿槽效应，电枢导体连续均匀分布于电枢表面；(4)驱动系统逆变电路的功率器件和续流二极管均具有理想的开关特性。可得三相绕组电压平衡方程为：(2-2)式中：uaubuc定子绕组相电压(V)iaibic定子绕组相电流(A)eaebec定子绕组相电动势(V)P微分算子P=L每相绕组的自感(H)M每两相绕组的互感(H)由于转子磁阻不随转子的位置

7、变化而变化，因此，定子绕组的自感和互感为常数当三相绕组为Y连接，并且没有中线时，则有：ia+ib+ic=0Mib+Mic=-Mia将式式代入式可得电压方程为：(2-3)电磁转矩为：Td=(eaia+ebib+ecic)(2-4)式中：Ω电机的角速度(rad/s)在通电期间，直流无刷电动机的带电导体处于相同的磁场下，各相绕组的感应电动势为：(2-5)式中：pm极对数N总导体数Φm主磁通n电动机转速从变频器的直流端看，Y型联结的无刷直流电机的感应电动势E。由两相绕组经逆变器串联组成，所以有(2-6)因此，电磁转矩表达式可化为：(2-7)式中：Id方波电

8、流的幅值电机的角速度，由式(2-6)可以看出，直流无刷方波电机的电磁转矩表达式与普通直流电机相同，其电磁转矩大小与磁通和电