motor-BLDC-Matlab仿真學(xué)習(xí) 初探1

1主要內(nèi)容一、BLDC與永磁同步電機(jī)PMSM的區(qū)別二、永磁直流無(wú)刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型三、基于MATLAB的BLDC系統(tǒng)模型的建立四、MATLAB中S函數(shù)的概念及使用五、一周總結(jié)和計(jì)劃2永磁直流無(wú)刷電機(jī)BLDC與永磁同步電機(jī)PMSM的區(qū)別無(wú)刷直流電機(jī)通常情況下轉(zhuǎn)子磁極采用瓦型磁鋼，經(jīng)過(guò)磁路設(shè)計(jì)，可以獲得梯形波的氣隙磁密，定子繞組多采用集中整距繞組，因此感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)也是梯形波的。無(wú)刷直流電機(jī)的控制需要位置信息反饋，必須有位置傳感器或是采用無(wú)位置傳感器估計(jì)技術(shù)，構(gòu)成自控式的調(diào)速系統(tǒng)?？刂茣r(shí)各相電流也盡量控制成方波，逆變器輸出電壓按照有刷直流電機(jī)PWM的方法進(jìn)行控制即可。本質(zhì)上，無(wú)刷直流電機(jī)也是一種永磁同步電動(dòng)機(jī)，調(diào)速實(shí)際也屬于變壓變頻調(diào)速范疇。

通常說(shuō)的交流永磁同步伺服電機(jī)具有定子三相分布繞組和永磁轉(zhuǎn)子，在磁路結(jié)構(gòu)和繞組分布上保證感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形為正弦，外加的定子電壓和電流也應(yīng)為正弦波，一般靠交流變壓變頻器提供。永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)常采用自控式，也需要位置反饋信息，可以采用矢量控制（磁場(chǎng)定向控制）或直接轉(zhuǎn)矩控制的先進(jìn)控制方式。

3永磁直流無(wú)刷電機(jī)與永磁同步電機(jī)的區(qū)別兩者區(qū)別可以認(rèn)為是方波和正弦波控制導(dǎo)致的設(shè)計(jì)理念不同。無(wú)刷直流電機(jī)的所謂“直流變頻”實(shí)質(zhì)上是通過(guò)逆變器進(jìn)行的交流變頻，從電機(jī)理論上講，無(wú)刷直流電機(jī)與交流永磁同步伺服電機(jī)相似，應(yīng)該歸類(lèi)為交流永磁同步伺服電機(jī)；但習(xí)慣上被歸類(lèi)為直流電機(jī)，因?yàn)閺钠淇刂坪万?qū)動(dòng)電源以及控制對(duì)象的角度看，稱(chēng)之為“無(wú)刷直流電機(jī)”也算是合適的。

PermanentMagnetSynchronousMachine

PermanentMagnetSynchronousMachineThePermanentMagnetSynchronousMachineblockoperatesineithergeneratorormotormode.Themodeofoperationisdictatedbythesignofthemechanicaltorque(positiveformotormode,negativeforgeneratormode).Theelectricalandmechanicalpartsofthemachineareeachrepresentedbyasecond-orderstate-spacemodel.Thesinusoidalmodelassumesthatthefluxestablishedbythepermanentmagnetsinthestatorissinusoidal,whichimpliesthattheelectromotiveforcesaresinusoidal.Forthetrapezoidalmachine,themodelassumesthatthewindingdistributionandfluxestablishedbythepermanentmagnetsproducethreetrapezoidalbackEMFwaveforms4MATLAB自帶例程5永磁直流無(wú)刷電機(jī)與永磁同步電機(jī)的區(qū)別直流無(wú)刷電機(jī)的梯形波方式的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩大，成本低，但是噪音大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。而永磁同步電機(jī)的弦波方式轉(zhuǎn)矩相對(duì)小一些，成本高，但是噪音小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，因此一般來(lái)說(shuō)伺服電機(jī)采用永磁同步電機(jī)方式優(yōu)于直流無(wú)刷電機(jī)，而動(dòng)力電機(jī)采用直流無(wú)刷電機(jī)優(yōu)于永磁同步電機(jī)。6永磁直流無(wú)刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型7三相繞組為星形連接，且沒(méi)有中線，則有

ia+ib+ic=0

Mib+Mic=-Mia

得到最終電壓方程：

永磁直流無(wú)刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型8根據(jù)電壓方程式可得電機(jī)的等效電路圖

永磁直流無(wú)刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型9定子繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩：電磁功率：電磁轉(zhuǎn)矩：運(yùn)動(dòng)方程：

其中

為電磁轉(zhuǎn)矩；

為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；B為阻尼系數(shù)；

為電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速；J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

基于MATLAB的BLDC系統(tǒng)模型的建立

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基于MATLAB的BLDC系統(tǒng)模型的建立

11BLDC建模仿真系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方案：轉(zhuǎn)速環(huán)由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成，電流環(huán)由電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器構(gòu)成。根據(jù)模塊化建模的思想，控制系統(tǒng)分割為各個(gè)功能獨(dú)立的子模塊。其中主要包括：BLDC本體模塊、電流滯環(huán)控制模塊、速度控制模塊、參考電流模塊、轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊和電壓逆變模塊。通過(guò)這些功能模塊的有機(jī)整合，就可在Matlab/Simulink中搭建出BLDC控制系統(tǒng)的仿真模型，并實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)的控制算法。

基于MATLAB的BLDC系統(tǒng)模型的建立

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基于MATLAB的BLDC系統(tǒng)模型的建立

13基于MATLAB的BLDC系統(tǒng)模型的建立1415Matlab中S函數(shù)的概念及使用S函數(shù)即系統(tǒng)函數(shù)SystemFunction的意思，為什么要使用S函數(shù)呢？因?yàn)樵谘芯恐校袝r(shí)需要用到復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)等，而這些算法因?yàn)槠鋸?fù)雜性不適合用普通的Simulink模塊來(lái)搭建，即matlab所提供的Simulink模塊不能滿足用戶的需求，需要用編程的形式設(shè)計(jì)出S函數(shù)模塊，將其嵌入到系統(tǒng)中。如果恰當(dāng)?shù)厥褂肧函數(shù)，理論上，可以在Simulink下對(duì)任意復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行仿真。16Matlab中S函數(shù)的概念及使用Matlab為了用戶使用方便，有一個(gè)S函數(shù)的模板sfuntmpl.m，一般來(lái)說(shuō)，我們僅需要在sfuntmpl.m的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改即可。在主窗口輸入editsfuntmpl即可出現(xiàn)模板函數(shù)的內(nèi)容，可以詳細(xì)地觀察其幫助說(shuō)明以便更好地了解S函數(shù)的工作原理。模板函數(shù)的定義形式為function[sys,x0,str,ts]=sfuntmpl(t,x,u,flag)，一般來(lái)說(shuō)，S函數(shù)的定義形式為[sys,x0,str,ts]=sfunc(t,x,u,flag,p1,…Pn)，其中的sfunc為自己定義的函數(shù)名稱(chēng)，以上參數(shù)中，t、x、u分別對(duì)應(yīng)時(shí)間、狀態(tài)、輸入信號(hào)，flag為標(biāo)志位，其取值不同，S函數(shù)執(zhí)行的任務(wù)和返回的數(shù)據(jù)也是不同的，pn為額外的參數(shù)，sys為一個(gè)通用的返回參數(shù)值，其數(shù)值根據(jù)flag的不同而不同，x0為狀態(tài)初始數(shù)值，str在目前為止的matlab版本中并沒(méi)有什么作用，一般str=[]即可，ts為一個(gè)兩列的矩陣，包含采樣時(shí)間和偏移量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，如果設(shè)置為[00]，那么每個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)間步都運(yùn)行，[-10]則表示按照所連接的模塊的采樣速率進(jìn)行，[0.250.1]表示仿真開(kāi)始的0.1s后每0.25s運(yùn)行一次，采樣時(shí)間點(diǎn)為T(mén)imeHit=n*period+offset。17Matlab中S函數(shù)的概念及使用18Matlab中S函數(shù)的概念及使用

轉(zhuǎn)子位置和三相參考電流的關(guān)系表19Matlab中S函數(shù)的概念及使用參考電流模塊Simulink測(cè)試圖20Matlab中S函數(shù)的概念及使用參考電流塊測(cè)試結(jié)果21一周總結(jié)與計(jì)劃總結(jié)：