无刷直流电机仿真教程

基于 MATLAB／SIMULINK 的无刷直流电动机系统仿真0引言无刷直流电机（Brushless DC Motor，以下简称 BLDCM），是随着电力电子技术和永磁材料的进展而逐渐成熟起来的一种新型电机。为了有效的减少控制系统的设计时间，验算各种控制算法，优化整个控制系统，有必要建立BLDCM 控制系统仿真模型。本文在 BLDCM 数学模型的基础上，利用 MATLAB 的SIMULINK 和 S-FUNCTION 建立 BLDCM 的仿真模型，并通过仿真结果验证其有效性。1无刷直流电机仿真模型本文在 MATLAB 的 SIMULINK 的环境下，利用其丰富的模块库，在分析 BLDCM数学模型的基础上，建立 BLDCM 控制系统仿真模型，系统结构框图如图 1 所示。图 1 无刷直流电机控制原理框图以图1为基础，根据模块化建模的思想搭建的系统的仿真模型如图2所示。整个控制系统主要包括电动机本体模块、逆变器模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。图2 无刷直流电机控制系统仿真模型框图1.1 电动机本体模块在整个控制系统的仿真模型中，BLDCM本体模块是最重要的部分，该模块根据BLDCM电压方程求取BLDCM三相相电流，而要获得三相相电流信号ia，ib，ic必须首先求得三相反电动势信号ea，eb，ec，整个电动机本体模块的结果如下图3所示。电机本体模块包括反动电势求取模块，中性点求取模块，转矩计算模块和位置检测模块。图3 电机本体模块1. 反电势求取模块本文直接采纳了SIMULINK中的Lookup Table模块，运用分段线性化的思想，直观的实现了梯形波反电动势的模拟，具体实现如图4所示。图 4 反电势求取模块Lookup Table模块的实质是通过查表构造反电动势波形，只要把360°的反电动势的单位波形预先输入至Lookup Table模块中，就能得到其单位理想波形，由前面的数学模型知道，反电势梯形波的幅值为：e=Ke*ω。其中Ke为电机的反电动势系数。具体的Lookup Table参数设置参照下表 1。表 1 位置信号和单位反电动势的关系位置060120180240300360A111-1-1-11B-1-1111-1-1C1-1-1-11112. 转矩计算模块依据数学模型建立转矩计算模型如图5所示。图5 转矩计算模块3. 中性点求取模块求出反电动势后根据电压平衡方程来求中性点电压，具体模块如图6所示。图6 中性点求取模块4． 转子位置检测模块图7 转子位置检测模块1.2 速度 PID 控制模块速度控制模块采纳 PID 调节。图 8 PID控制模块1.3 参考电流模块参考电流模块的作用是根据电流幅值信号Is和位置信号pos求出三相参考电流。参...