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基于Matlab/Simulink的无刷直流电机控制仿真研究

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Matlab

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Simulink

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无刷直流电机

无刷直流电机

基于Matlab/Simulink的无刷直流电机控制仿真研究

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http://www.cqvip.com
A½ ½ ½ ½   ½ ½½ ½
½½ ½
½ ½½ S½½½  
½  
A ½½ ½ ½½½ ½ & M ½½½½½
½
½
½½ ½½½
 
 
基于 M ½ ½S    的 
   /½ ½½½
½½    
    ½
½ ½  
½
无刷直流电机控制仿真研究 
■ 英 飞凌 同 济½ ½ 电子 实 验 室 重 蠢  
½摘要
厂 
½ 
基于M ½½ ½½½, 文设计了
½½ S ½½ 本
½/½ ½
一个无刷直流电机的 方 I
控制  
½案,
详细阐
述了无
刷直流电 运行原理,
机的
并用M ½½ ½½½ 对 I
½½S ½½ 其  
½/½ ½
½进行了
仿真。
实验证明,
用M ½½ ½½½ 开发的
½½ S ½
½ /½ ½
½
平台
½够有效地实 ½
 
本 文 采 用 理 想 化 的 无刷 直 流 电 
机 模 型 ,它 具 有 如 下 特 点 :电机 定 
子 绕 组 排 列 空 间 对称 ;各 相 电气 参 
数 ,如 定 子 每 相 电阻 、每 相 自感 以 
及 相 间互 感 均 相 同 ; 电机 永 磁 ½ ½ 
I 现对无刷直流电机的控制。
 
I度调制
 
½
 
½关
键词: ½½ S ½½仿真工具;
M ½½ ½ ½½
½ /½ ½
无刷直流电 仿真
机; 平台;
脉冲½ ½
 
子 产 生 的磁 场 在 电机 气 隙 中的 空 间 
 
分 布 为 理 想 梯 ½ ,且 平 顶 部 分 维持 
的 困难 ,在 不 宜 安 装 ½ 子 磁 极 ½ ½ 
传 感 器 的地 方 ,必 须 ½ 用 无 ½ ½ 传 
感 器 策 略 驱 动 无 刷 直 流 电机 。本 文 
将 介 绍 一 种 基 于 M½½½S½½½½的 
½ /½ ½
½
½
无刷 直 流 电机 的仿 真 方法 。
 
1 0 电角 度 ;逆 变 器 的 功 率 开 关 
2 。
MOS E
F T或者 I
GBT 的导 通 电阻为 
零 ,关 断 电阻无 穷 大 ,导 通 与 关 断 
均 不需 要 时 间 。
 
图 1说 明 了理 想 无 刷 直 流 电动 
机 的 运行 原理 。从 图 1 可 以看 出 ,
 
随 着 ½ ½ 电 子 器 件 的 飞 速 发 
展 、½ 用 电控 单元 (
ECU) E新 月 
的 ½
异 ,无 刷 直 流 电机 在 ½½ 电器 设 备 
中的应用受 到了越来 越多 的重视 。
 
无 刷 直 流 电机 具 有 寿½ 长 、 效率 高 
等 特 点 ,且 适 合 很 多 高 档 ½ ½ 。 同 
时 ,½ 内环 境 的 复 杂 很 多 机 械 安 装 
无 刷 直 流 电 机 运 行 原 理 
½ 永 磁 ½ ½ 子 处 于 图 1½ 中的 0½ 
()
()
½ 由理想 开关 构成 的 逆 变器 
图 2定 子相 电流 与反 相 电动势 理想 波½ 示意 图 
图 3 基 于 
 
M  T LA  ,
A      B  
/ 
½ \ 
 
/ 
/ 
/ 
 
\.
 
½
 
\ 
\.
 
S½½ ½ 的永 
½ ½½
½
磁 无刷 直 流 电 
机的仿真平台 
整½ 框 图 
\ 
 
1 
/  ½
 
。   ½
 
  3。
  
 
() 子 三相 反 电动势 波 ½ 
½定
图1
 
C相上 桥臂 到 A相上桥 臂 的换 相 
E½½ ½D½½ A½½½½ ½½ ½½E ½½½ C½ ½  
½½½ ½½ & ½½ ½ W½- ½ ½½½½½½ ½ 03
½½ ½ ½
½ ½ ½N ½ ½ ½ ½
½
½
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应 用方案 ½ 控与测量
 
()
½ 电气部 分仿真 模 型 
()
½仿真 结 果 
 
 
÷   … 
 
0 :: :
     
■ ≥:
 
( ) 验结 果 
½实
图 5 速在 1 0 ½½ 时相反 电动势波 ½ 
½
5 0½
() 反 电动势 仿真 模型 
½相
内的 电流 和反 电动 势 的对 应 关 系 如 
图 2所 示 。
 
½ 
½
薯料
 . 
可见 ,理 想 无 刷直 流 电机 的定 
子 相 电流具 有 如 下特 点 :
 
( ) 子 相 电流 为 三 相 对 称 的 
1定
()
½½矩 动力学 部分 仿真 模型 
图 4无刷 直流 电机本½ S½½½ 仿真 模块 
½ ½½
½
½ 时 ,定 子 ½相 和 B相上 感 应 出 的 
反 电动 势 分 别 处 在 正 负 平 顶 部 分 ,
 
此 时 通 过 触 发功 率 开 关 S
5和 S
6½ 
得 B相 绕 组 反 向导 通 , 相 绕组 正 向 
½
导 通 ,直 流 电源通 过 逆 变 器 向 B相 
和 ½相 馈 入 直 流 电 ,且 此 时两 相 绕 
组 中电流 幅 值相 等 、方 向相 反 ,½ 一
  
½。½永 磁 ½½ 子 又 继 续 旋½ 了 6  
 
电角 度 ,½ 相 的反 电动 势 波 ½ 的 平 
顶 部 分 结 束 ,A 相 反 电 动 势 开 始 进  
相 的 换相 ,此 时 关断 逆 变 器 C相 上 
桥 臂 的 功率 开 关 ,同时 触 发 A相 上 
10 方 波 。
2。
 
() 子相 电流 与该 相 反 电动 势 
2定
严 格 同相 ½ 。
 
对 于 无刷 直 流 电机 来 说 , 电枢 
反 应 ½ 用 很小 ,气 隙 磁 场 主要 取 决 
桥 臂 功率 开 关 ,如 果 ½ 略换 相 电流 
的动 态 过程 ,逆 变器 立 刻 向 B相 和 
A½ 馈 入 直 流 电 。 此 类 推 , 磁 ½  
½ 子 每 旋 ½ 6 。 角 度 就 对 定 子 电 
0 电
于 永 磁 ½ ,气 隙磁 通 密度 可 以看 ½ 
是 恒 定 的 ,这 样 电磁 ½ 矩 和定 子 电 
流 成 正 比 ,这 和 它 励 直 流 电机 电 磁  
½ 矩 和 电枢 电流 之 间 的 关 系是 一 样 
流 进 行换 相 ,½ 得 每一 时刻 只 有 两 
相 定 子 绕组 导通 ,定 子 每 相绕 组 导 
的 ,通 过控 制 定 子 电流 的 幅值 就 可 
以直 接 控 制 电磁 ½ 矩 。所 以理 想 无 
刷 直 流 电机 具有 和 它 励 直 流 电机 一 
样 优 良的 调 速 性 ½ 。 在 ½ ½½ 电 传 动  
系统 应 用 中 , 常 采 用P M方 式对 
通 时 间对 应 ½ 子 行 程 1 0 电角 度 。
2。
 
很 明 显 , 种控 制 方 式一 共 有 6 换 
相 状 态 ( ×6 = 6 ) 在 一 个 电 周 期  
0 3 0,
入 平 顶部 分 , 因此 要进 行 ½相 到 A 
½ 420. 子设
    8
0 0 3电 计应用 ½ ½½.½½
½,½ ½. 
½ ½ ½
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A½ ½ ½ ½ ½ S ½½ ½ ½
½½ ½   ½ ½ ½  
½ ½
½  
A ½½
½½ ½½½½ & M ½½½½½
½
½½ ½½½
 
无 刷直 流 电机 进 行 调 速 。½ 是 在 对 
无 刷直 流 电机 P M 调 制 方 式 的分 
析 过 程 中 ,不 仅 需 要 考 虑 换 相 时 刻 
的 续 流过 程 , 要 考 虑 P M调 制 时 
的 续 流 过 程 。 定 子 电 流 的 换 相 和 
关 频 率 为 1 ½ 。实 
0 H½
验 过 程 中 占 空 比 恒 
定 , 制 模 式 为 上 桥 
臂 功 率 开 关 恒通 ,
下 
桥 臂 功 率 开 关 P M 
调制。
 
图 5 出 了½ 速 
稳 定 在 1 0 ½½时相 
5 0½
反 电 动 势 的 仿 真 波 
½。
 
图 6½给 出 了 ½ 
()
P M 调 制 引起 的 续 流 现 象 直 接 ½ 
响 ½ 矩 的 动态 特 性 以及 包 含 ½ 子 ½ 
½信 息 的无 ½½ 传感 器 信号 的波 ½ 。
 
而 续 流 过程 在 无 刷直 流 电机 理 想 化 
()
½仿真结果 
模 型 中是 被 ½略 的 ,如 果 完 全 从 理 
想 化模 型 出 发进 行 分 析 与 设 计 ,会 
带 来 较大 的偏 差 。
 
½速 达 到稳 态 时定 子 
相 电流的仿真波 ½ ,
 
基 于 H T A ,½ I ½的 无 刷 直 
A L 8S½½½
½
图6 ½给 出 了相 同条  
()
件 下 的 实 测波 ½ ,
½ 
流 电 机 仿 真平 台 的 开 发 
无 刷 直 流 电 机 本½ 的仿 真 模 型 
图 3 给 出 了 基 于 M ATLA B/
 
—■  
前 电 机 ½ 速 为 
1  ½ , 负 ½½ 为 
  00 ½½
0. ½ 。
5N
 
()
½实验结果 
图 6负½½为 05 ½时的定子相电流波½ 
.N
S½½½½的无 刷 直 流 电机 仿 真 平 台 
½ ½
½
整 ½框 图 。
 
图 7给 出 了 电 机  
根 据 永磁 无 刷直 流 电机 本 ½ 的 
相 电压 数 学 模 型 , 采用 MAT AB/
 
在 恒 定 占空 I ( ½  
 ̄ 2 %)
控 制 下 从 启 动 到 ½ 速 
稳 定 的 动 态 过 程 中相 
电流 的波 ½ , 以及 相 
S½½½½中 自带 的常 规 仿 真 模 块 构 
½ ½
½
造 系 统仿 真 模 型 , 图4 示 , 将 
电机 的 电 气模 型 和 运 动 学 模 型 全 部 
包 含其 中 ,其 输 入 量 为 电机 各 相 的 
相 电压 和 负 ½½½ 矩 ,输 出为 电机 各 
相 电 流 、 反 电动 势 、 电机 输 出½ 矩 
和 ½速 。运 动 学 模 型 另 外搭 建 机 电 
方程 子 系统 模 块 来 描述 。
 
^ ½
   
½
 
½
 
½
 
应 的 电磁 ½ 矩 和 ½ 速 
的仿真波½。
 
 
主 三 .½ 
     
 
 
数 值 仿 真 平 台 的运 行 结 果 
为 了验 证 永 磁 无 刷 直 流 电机 数 
值 仿 真平 台 的有 效 性 ,这 里 对 逆 变 
器 、霍 尔 ½ ½ 检 测 装 ½ 和 永 磁 电机 
本 ½ 组成 的 ½速 开 环 无 刷 直 流 电机 
了 基 于 M AT AB S½½ ½½的 无 刷 
L /½ ½
½
吻合 ,无 刷 直 流 电机 仿 真 平 台 的有 
效 性 得 到 了验 证 。一 
直 流 电机 调 速 系 统 仿 真 平 台 。通 过 
仿 真 结 果 和 实 验 结 果 的 比较 可 以 看 
出, ½
用 ½数 编 写 的基 于 多 变 量 开 关 
½ 数 的 逆 变 器 模 型 ½ 够 正 确 反 映 
1 0 导 电模 式 下 电流 换 相 和 P M 
2。
续 流 过 程 对 逆 变 器 输 出端 电压 的 ½ 
控 制 系统 在 稳 态 情 况 下 进 行 数 值 仿 
真 并 与实 验 结 果 比较 。
 
电压 型逆 变 器 直 流 母 线采 用 一 
台 输 出 电压 2 V,额 定 输 出 电流 为 
6 A 的开 关 电源 供 电 ,逆 变 器 功 率 
开 关 采用 恒 定 占空 比P M调 制 ,
½
开 
参考 文 献 
1 S ½ ½ ½ ½ D . ½ ½½½ ½ A ½ ½½ ½ 2 2 ½
. ½ ½ ½ ½   E½ ½ ½½ ½  
½½½   . ½  
½ ½S ½½ ½
½   ½ ½ ½ ½V½ ½ ½ 1 9 . 0 ½ 1 2
½½ . 9 5 1 5
1 
2 R½ ½ ½ ½ ½ G½ ½ . ½½ ½½ ½   ½  ̄ ½ ½
. ½ ½ 
B½ ½  
H A ½ ½½ ½ ½ S ½
½
 
½ ½ K½½ ½ ½ ½ ½ B½ ½ ½ ½ ½ ½
½  
½ ½ ½ ½. ½ ½½ ½
½ :V ½½ ½ &  
½
½
S½ ½ V ½ ½½ 2 0   5
½   ½½ . 0 2 3 8½ 3  
81
响 。数 值 仿 真 结 果 和 实 验 结 果基 本 
3 张 相 军 . 刷 直 流 电 机 无 ½ ½ 传 感 器控  
制 技 术 研 究 :博 士 学 ½ 论 文 ½
.上 海 : 上 海 大 
学 控 制 理论 与控 制 工 程 专业 ,2 0 
01
E ½½½ ½ ½ A½ ½ ½ ½ -½½ ½½½½ ½ ½ ½ S
½½½ D½ & ½½ ½ W½ N ½ E ½ ½ C½   0  
½½ ½ ½
½
 ̄½
½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½
½
½
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