motor-BLDC-Matlab仿真學習 初探1

1主要內(nèi)容一、BLDC與永磁同步電機PMSM的區(qū)別二、永磁直流無刷電機的數(shù)學模型三、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)和計劃2永磁直流無刷電機BLDC與永磁同步電機PMSM的區(qū)別無刷直流電機通常情況下轉(zhuǎn)子磁極采用瓦型磁鋼，經(jīng)過磁路設計，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，因此感應反電動勢也是梯形波的。無刷直流電機的控制需要位置信息反饋，必須有位置傳感器或是采用無位置傳感器估計技術，構成自控式的調(diào)速系統(tǒng)。控制時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PWM的方法進行控制即可。本質(zhì)上，無刷直流電機也是一種永磁同步電動機，調(diào)速實際也屬于變壓變頻調(diào)速范疇。

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

3永磁直流無刷電機與永磁同步電機的區(qū)別兩者區(qū)別可以認為是方波和正弦波控制導致的設計理念不同。無刷直流電機的所謂“直流變頻”實質(zhì)上是通過逆變器進行的交流變頻，從電機理論上講，無刷直流電機與交流永磁同步伺服電機相似，應該歸類為交流永磁同步伺服電機；但習慣上被歸類為直流電機，因為從其控制和驅(qū)動電源以及控制對象的角度看，稱之為“無刷直流電機”也算是合適的。

PermanentMagnetSynchronousMachine

PermanentMagnetSynchronousMachineThePermanentMagnetSynchronousMachineblockoperatesineithergeneratorormotormode.Themodeofoperationisdictatedbythesignofthemechanicaltorque(positiveformotormode,negativeforgeneratormode).Theelectricalandmechanicalpartsofthemachineareeachrepresentedbyasecond-orderstate-spacemodel.Thesinusoidalmodelassumesthatthefluxestablishedbythepermanentmagnetsinthestatorissinusoidal,whichimpliesthattheelectromotiveforcesaresinusoidal.Forthetrapezoidalmachine,themodelassumesthatthewindingdistributionandfluxestablishedbythepermanentmagnetsproducethreetrapezoidalbackEMFwaveforms4MATLAB自帶例程5永磁直流無刷電機與永磁同步電機的區(qū)別直流無刷電機的梯形波方式的特點是轉(zhuǎn)矩大，成本低，但是噪音大，轉(zhuǎn)矩脈動大。而永磁同步電機的弦波方式轉(zhuǎn)矩相對小一些，成本高，但是噪音小，轉(zhuǎn)矩脈動小，因此一般來說伺服電機采用永磁同步電機方式優(yōu)于直流無刷電機，而動力電機采用直流無刷電機優(yōu)于永磁同步電機。6永磁直流無刷電機的數(shù)學模型7三相繞組為星形連接，且沒有中線，則有

ia+ib+ic=0

Mib+Mic=-Mia

得到最終電壓方程：

永磁直流無刷電機的數(shù)學模型8根據(jù)電壓方程式可得電機的等效電路圖

永磁直流無刷電機的數(shù)學模型9定子繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩：電磁功率：電磁轉(zhuǎn)矩：運動方程：

其中

為電磁轉(zhuǎn)矩；

為負載轉(zhuǎn)矩；B為阻尼系數(shù)；

為電機機械轉(zhuǎn)速；J為電機的轉(zhuǎn)動慣量。

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)器構成，電流環(huán)由電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器構成。根據(jù)模塊化建模的思想，控制系統(tǒng)分割為各個功能獨立的子模塊。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)矩計算模塊和電壓逆變模塊。通過這些功能模塊的有機整合，就可在Matlab/Simulink中搭建出BLDC控制系統(tǒng)的仿真模型，并實現(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？因為在研究中，有時需要用到復雜的算法設計等，而這些算法因為其復雜性不適合用普通的Simulink模塊來搭建，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計出S函數(shù)模塊，將其嵌入到系統(tǒng)中。如果恰當?shù)厥褂肧函數(shù)，理論上，可以在Simulink下對任意復雜的系統(tǒng)進行仿真。16Matlab中S函數(shù)的概念及使用Matlab為了用戶使用方便，有一個S函數(shù)的模板sfuntmpl.m，一般來說，我們僅需要在sfuntmpl.m的基礎上進行修改即可。在主窗口輸入editsfuntmpl即可出現(xiàn)模板函數(shù)的內(nèi)容，可以詳細地觀察其幫助說明以便更好地了解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)，一般來說，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，以上參數(shù)中，t、x、u分別對應時間、狀態(tài)、輸入信號，flag為標志位，其取值不同，S函數(shù)執(zhí)行的任務和返回的數(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版本中并沒有什么作用，一般str=[]即可，ts為一個兩列的矩陣，包含采樣時間和偏移量兩個參數(shù)，如果設置為[00]，那么每個連續(xù)的采樣時間步都運行，[-10]則表示按照所連接的模塊的采樣速率進行，[0.250.1]表示仿真開始的0.1s后每0.25s運行一次，采樣時間點為TimeHit=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系表19Matlab中S函數(shù)的概念及使用參考電流模塊Simulink測試圖20Matlab中S函數(shù)的概念及使用參考電流塊測試結(jié)果21一周總結(jié)與計劃總結(jié)：