畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩調(diào)速

1、摘 要無刷直流電機(jī)是以電子換相來代替機(jī)械換相的直流電機(jī)，它保持了直流電機(jī)的優(yōu)良特性，具有較好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，而且它無需機(jī)械換向器，結(jié)構(gòu)簡單，可以從根本上克服有刷直流電機(jī)易于產(chǎn)生火花的弊病，因此在航天、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、以及醫(yī)療器械、儀器儀表、家用電器等方面得到廣泛應(yīng)用。但是，無刷直流電機(jī)運(yùn)行中存在的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題對實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和高性能的速度控制存在較大影響。本文重點(diǎn)研究電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)速技術(shù)及其matlab仿真。文章首先介紹了無刷直流電機(jī)的工作原理、導(dǎo)通方式，并通過對數(shù)學(xué)模型的分析建立了無刷直流電機(jī)的matlab的pid調(diào)速系統(tǒng)模型并調(diào)用s-函數(shù)進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了模型的可行性。關(guān)鍵詞： 無刷直

2、流電機(jī)；轉(zhuǎn)矩調(diào)速；matlab；pid；s-函數(shù)abstractbrushless dc motor based on electronic commutation instead of mechanical commutation of dc motor, it maintained the excellent characteristics of dc motor, and has a good performance of starting and rotate-speed adjustment, and it need not mechanical commutation, the s

3、tructure is simple, can fundamentally overcome a brushed dc motor prone to spark the evils, so in space, the robot, nc machine tools, and medical equipment, instruments and meters, household appliances, etc widely used.but, brushless dc motor problems in the operation of the torque ripple of to achi

4、eve precise position control and high-performance speed control exist great influence. this paper mainly studies the brushless dc motor(bldcm) torque speed controlling technology and its matlab simulation. this article first of brushless dc motor working principle, conduction mode of mathematical mo

5、del, and then through the analysis of brushless dc motor established the matlab pid speed regulation system model and simulation, which validated the feasibility of the model.keywords brushless dc motor(bldcm);rotate-speed; torque speed- controlling; matlab; pid;s-function 目 錄1 緒論1 1.1 無刷直流電機(jī)技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)

6、狀1 1.2 無刷直流電機(jī)的技術(shù)問題及其解決技術(shù)3 1.3 論文研究的主要問題52 無刷直流電機(jī)的構(gòu)成及基本工作原理6 2.1 無刷直流電機(jī)電路的基本組成環(huán)節(jié)6 2.2 無刷直流電機(jī)的導(dǎo)通方式及基本工作原理7 2.3 本章小結(jié)103 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型11 3.1 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其基本關(guān)系式11 3.2 本章小結(jié)144 無刷直流電機(jī)的仿真模型及其驗(yàn)證15 4.1 仿真軟件介紹15 4.2 s-函數(shù)簡介及使用16 4.3 仿真建模及實(shí)現(xiàn)19 4.4 仿真驗(yàn)證及結(jié)果記錄27 4.5 仿真結(jié)果分析27 4.6 本章小結(jié)28 結(jié)束語29致謝30參考文獻(xiàn)31附錄321 緒 論1.1 無刷直

7、流電機(jī)技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.1.1 無刷直流電機(jī)的發(fā)展及分類無刷直流電機(jī)已有四十余年的發(fā)展歷史，最初是相對于具有機(jī)械電刷的傳統(tǒng)的直流電機(jī)而言的。在1917年，bolgior就提出了用整流管代替有刷直流電機(jī)的機(jī)械電刷，放面誕生了無刷直流電機(jī)的基本思想。1934年eewalexanderson 和ahmittag首先提出了用晶閘管作開關(guān)元件替代有刷直流電視機(jī)械電剃的構(gòu)想。1955年，美國的dharrison等入首次率請了用晶體管換向線路代替有刷直流電機(jī)機(jī)械換向器的專利，標(biāo)志著現(xiàn)代無刷直流電機(jī)的誕生。而后多年，借助于霍爾元件來實(shí)現(xiàn)換相的直流無刷電機(jī)終于在1962年問世，從而開創(chuàng)了直流無刷電機(jī)產(chǎn)品化的新

8、紀(jì)元。1970年以來，許多新型的高性能半導(dǎo)體功率器件(如gtr，mosfet，igbt等)相繼出現(xiàn)，以及高性能永磁材料(如釤鈷smco、釹鐵硼ndfeb等)的問世，為蜜流無刷電楓的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，無瑟l直流電視系統(tǒng)因而繕到了迅速發(fā)展。1978年，原聯(lián)邦德國mannesmann公司的indramat分部在漢諾威貿(mào)易展覽會(huì)上正式推出mac永磁無刷直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，引起了世界各國的關(guān)注，在國際上掀起了研制和生產(chǎn)無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的熱潮，標(biāo)志著永磁無刷直流電機(jī)真正進(jìn)入實(shí)用階段。永磁無刷直流電機(jī)系統(tǒng)主要由電機(jī)本體、位置傳感器和功率逆變器三部分組成。按照電機(jī)工作方式的不同，永磁無刷直流電機(jī)大致可

9、以分為兩類：方波型永磁無刷直流電機(jī)和正弦波型永磁無刷直流電機(jī)。很多文獻(xiàn)把這兩類電機(jī)統(tǒng)稱為自控式永磁同步電機(jī)。方波型永磁無刷直流電機(jī)，習(xí)慣上稱為brushless dc motor(bldcm，無刷直流電機(jī))，其電機(jī)的反電勢(即激磁電勢或空載電勢)設(shè)計(jì)成梯形波，而逆變器輸出方波電壓或方波電流并且與電機(jī)反電勢保持適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系，從而產(chǎn)生有效電磁轉(zhuǎn)矩，在這種情況下，轉(zhuǎn)子位置傳感器只需要提供轉(zhuǎn)子的若干個(gè)關(guān)鍵位瀑信號就可以了。方波電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、成本較低，一般用于對轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要求不太高的調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中。正弦型永磁無刷直流電機(jī)，由于源于同步電機(jī)，國外許多文獻(xiàn)習(xí)慣稱為permanent magnet

10、synchronous motor(pmsm，永磁同步電機(jī))，其電機(jī)的反電勢設(shè)計(jì)成正弦波形，而逆變器采用spwm（sinusoidal pulse width modulation，正弦脈寬調(diào)制）技術(shù)或滯環(huán)控制技術(shù)等調(diào)制出正弦電壓或電流并與電機(jī)反電勢保持適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩；在這種情況下，位置傳感器需要提供連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號。正弦型永磁無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且成本較高，控制方法靈活，一般轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較小，因此常用于對轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要求比較高的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)中。事實(shí)上，由于受永磁材料的特性、電機(jī)磁場模型的準(zhǔn)確度及電機(jī)制造工藝成本等因素的制約，電機(jī)反電動(dòng)勢綴難設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)的梯形波或正弦波

11、，面繞組電流受逆變器容量和繞組電感的限制，也往往不是標(biāo)準(zhǔn)方波或正弦波，兩者配合，雖然也能產(chǎn)生有效電磁轉(zhuǎn)矩，但電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。因此以無刷直流電機(jī)的實(shí)際反電動(dòng)勢波形為基礎(chǔ)，以產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩為目標(biāo)，通過恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)方式調(diào)制出與之相配的電流波形，是改善永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的一條重要途徑，從這個(gè)意義上來說，上述兩類永磁無刷直流電機(jī)沒有明確的分類界線，統(tǒng)稱為自控式永磁同步電機(jī)顯得更合適。1.1.2 無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用無刷直流電機(jī)和其他電機(jī)比較大致情況如表1所示。表1 無刷直流電機(jī)和其他電機(jī)比較指標(biāo)性能無刷直流電機(jī)有刷直流電機(jī)交流異步電機(jī) 機(jī)械特性 硬 硬 軟 過載能力 大 大 小 可 控 性

12、易 易 難 平 穩(wěn) 性 好 較好 較差 維 護(hù) 性 易 難 易 壽 命 長 短 長 效 率 高 高 高 噪 音 小 大 較大 體 積 小 較小 大 成 本 較高 較高 低 從表1可以看出直流無刷電機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)噪音?。号c傳統(tǒng)的直流電機(jī)相比，由于沒有電刷，所以不會(huì)產(chǎn)生由于機(jī)械換相引起的噪音；(2)效率高：由于bldcm的轉(zhuǎn)子是永磁體，它可以提供恒定的磁場而不需要消耗能量，因此有文獻(xiàn)認(rèn)為bldcm是所有電機(jī)中效率較高的一種；(3)控制簡單：在一個(gè)電磁周期內(nèi)只需知道轉(zhuǎn)子的六個(gè)關(guān)鍵位置信號。如果忽略電機(jī)定子繞組的電阻，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比，轉(zhuǎn)速與電壓成正比，因此控制系統(tǒng)較容易實(shí)現(xiàn)；(4)功

13、率密度高：一方面由于電機(jī)轉(zhuǎn)子沒有繞組，減小了電機(jī)的體積，并且電機(jī)的發(fā)熱主要在電機(jī)定子上，有利于電機(jī)的散熱。另一方面，釤鈷、釹鐵硼等高性能永磁材料的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了電機(jī)的功率密度。由于無刷直流電機(jī)的諸多內(nèi)在優(yōu)越性，目前，這類電機(jī)己在很多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，下面列舉無刷直流電機(jī)的幾個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域，以此來說明不同的使用場合對無刷直流電機(jī)具有不同的技術(shù)要求和性能要求。 (1)家用電器領(lǐng)域：在家用電器領(lǐng)域，如空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱等產(chǎn)品中，永磁同步電機(jī)或永磁無刷直流電機(jī)正逐步的代替原來使用的異步電機(jī)；在這些領(lǐng)域，對永磁無刷直流電機(jī)的最重要的要求就是體積小，噪音低，節(jié)能，高性價(jià)比。 (2)信息產(chǎn)品及辦公自

14、動(dòng)化領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備如硬盤驅(qū)動(dòng)器用的電機(jī)，電源風(fēng)扇軸電機(jī)，vcd，dvd，cd主軸驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)等，雖然這些產(chǎn)品上使用的電機(jī)結(jié)構(gòu)不同，但是都無一例外的可歸結(jié)為無刷直流電機(jī)類型；這些領(lǐng)域要求電機(jī)精度高，轉(zhuǎn)速快，沒有無線電干擾，壽命長。 (3)交通工具領(lǐng)域：在交通工具領(lǐng)域，電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車是交通工具發(fā)展的方向之一，電機(jī)驅(qū)動(dòng)是電動(dòng)車重要部分，而無刷直流電機(jī)在電動(dòng)車中作為直接驅(qū)動(dòng)器使用的優(yōu)越性非其他電機(jī)可比。應(yīng)用在電動(dòng)車中時(shí)，對電機(jī)系統(tǒng)具有高轉(zhuǎn)矩重量比，高效率以及寬廣調(diào)速范圍等要求，這些正是無刷直流電機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)。 （4）工業(yè)領(lǐng)域：中小型無刷直流電機(jī)還應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，如精密數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

15、、工業(yè)縫紉機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。工業(yè)縫紉機(jī)使用無刷直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)械機(jī)構(gòu)緊湊，成本降低，工作精度提高，采用無刷電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)己經(jīng)成為同類產(chǎn)品更新?lián)Q代的必然。1.2 無刷直流電機(jī)的技術(shù)問題及其解決技術(shù)和永磁同步電機(jī)相比，在具有高穩(wěn)定性要求和高精度要求的應(yīng)用場合，無刷直流電機(jī)處于劣勢，這是因?yàn)闊o刷直流電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題特別是換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，影響了它在高性能交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，因此，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制技術(shù)是提高無刷直流電機(jī)性能所面臨的首要問題。隨著生產(chǎn)過程對成本和可靠性及性能等要求不斷提高，無刷直流電機(jī)的無位置傳感器技術(shù)日益受到關(guān)注。無位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置可以進(jìn)一步改善電機(jī)運(yùn)行性能，降低生產(chǎn)成本和避免因使

16、用傳感器帶來的其他問題，無位置傳感器技術(shù)是近年研究的熱點(diǎn)問題之一。綜合來看，對于無刷直流電機(jī)，就目前研究的熱點(diǎn)技術(shù)問題而言，最重要的有兩個(gè)技術(shù)問題，無位置傳感器技術(shù)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制技術(shù)，這兩個(gè)問題也是目前在應(yīng)用中最為緊迫，受到的關(guān)注程度最高的問題。1.2.1 無位置傳感器技術(shù)無位置傳感器運(yùn)行實(shí)際上就是要求在不采用機(jī)械傳感器的條件下利用電機(jī)的電壓和電流信息獲得轉(zhuǎn)子磁極的位置。目前常用的方法的主要有四類：反電勢法、續(xù)流二極管法、電感法和狀態(tài)觀測器法。反電勢法是迄今為止最成熟、最有效、也是最常見和應(yīng)用最為廣泛的一種轉(zhuǎn)子位置信號檢測方法。這種方法的基本原理就是在忽略永磁無刷直流電機(jī)電樞反應(yīng)影響的前提下，

17、通過檢測“斷開相”(逆變器上下功率器件都處于關(guān)斷的那一相)的反電勢過零點(diǎn)，來依次得到轉(zhuǎn)子的六個(gè)關(guān)鍵位置信號，并以此為參考依據(jù)，輪流觸發(fā)導(dǎo)通六個(gè)功率管，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。續(xù)流二極管法又稱“第三相導(dǎo)通法”，它是通過反并聯(lián)于逆變橋功率開關(guān)管上續(xù)流二極管的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)的檢測來確定轉(zhuǎn)子位置的。續(xù)流二極管法其本質(zhì)還是反電動(dòng)勢法，只是在“斷開相”反電勢過零點(diǎn)檢測上有了一定的改變。這種改變在一定程度上能夠拓寬電機(jī)的調(diào)速范圍。電感法有兩種形式：一種是用于凸極式永磁無刷直流電機(jī)；另一種是用于內(nèi)嵌式磁鋼結(jié)構(gòu)的永磁無刷直流電機(jī)。第一種電感法主要是通過在起動(dòng)過程中對電機(jī)繞組施加探測電壓來判斷其電感的變化，它是“反電勢法中

18、所用到的一種起動(dòng)技術(shù)。第二種是通過在線檢測繞組電感隨轉(zhuǎn)子位置的改變而發(fā)生的變化，再經(jīng)過一定計(jì)算，推算轉(zhuǎn)子的位置。狀態(tài)觀測器法即轉(zhuǎn)子位置計(jì)算法，是將電機(jī)三相電壓、電流作坐標(biāo)變換在派克方程的基礎(chǔ)上估算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的一種方法。狀態(tài)觀測器法一般只適用于感應(yīng)電勢為正弦波的永磁無刷直流電機(jī)，且計(jì)算繁瑣并對微機(jī)性能要求較高。除了上述幾種方法，國內(nèi)外還出現(xiàn)了其它一些轉(zhuǎn)子位置信號檢測方法，如渦流法；模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。這些方法或因?qū)崿F(xiàn)難度較大，或因應(yīng)用條件苛刻，或因檢測誤差太大等緣故，應(yīng)用都不是很廣泛。1.2.2 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制技術(shù) 無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是由于電流和反電勢偏離理想波形而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。因

19、此優(yōu)化反電勢和電流波形以削弱諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是關(guān)鍵。對于方波型無刷直流電機(jī)，其反電動(dòng)勢越接近方波效果越好。 根據(jù)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理的不同，采用的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的方法主要是兩種口朝：一種是電機(jī)本體優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過氣隙磁場，定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，繞組形式等合理設(shè)計(jì)來消除齒槽誤差，使反電動(dòng)勢波形接近理想波形；另一種是從控制策略入手，通過調(diào)整加在電機(jī)定子繞組上的電壓或電流波形來抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。從電機(jī)本體設(shè)計(jì)入手：采用斜槽、分?jǐn)?shù)槽、虛擬齒和虛擬槽、無槽電機(jī)等可以削弱齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；采用高性能的稀土永磁材料、轉(zhuǎn)子采用瓦片形表面貼裝型式等，可以削弱氣隙主磁場的氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度分布波形；選擇合理的電機(jī)磁極和極弧的設(shè)計(jì)方案

20、，改變磁極形狀，或增加極弧寬度來有效消除電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等。從控制策略入手：通過控制最優(yōu)開通角使電流波形和反電動(dòng)勢波形的配合適當(dāng)，而達(dá)到削弱轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目的；通過控制電流的諧波成分來消除由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)；pwm斬波法、重疊換相法及電流反饋法等補(bǔ)償電流幅值的變化，抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等。 近年來，隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，智能控制技術(shù)在無刷直流電機(jī)中也得到了應(yīng)用。目前應(yīng)用于無刷直流電機(jī)的控制方法主要集中在模型參考自適應(yīng)，滑模變結(jié)構(gòu)，狀態(tài)觀測器等方面。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，專家系統(tǒng)，模糊控制理論，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等智能控制的最新成果開始進(jìn)入電機(jī)控制領(lǐng)域，給進(jìn)一步提高無刷直流電機(jī)的控制性能提供了一條

21、全新的途徑。1.3 論文研究的主要問題在查閱和分析國內(nèi)外對永磁無刷直流電機(jī)研究問題的資料基礎(chǔ)上，本文主要分析了無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)矩控制等問題。 （1）首先，本文介紹了無刷直流電機(jī)的工作原理、導(dǎo)通方式，推導(dǎo)了bldcm基本關(guān)系式；（2）然后，以對無刷直流電機(jī)速度-電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)建模和仿真為核心重點(diǎn)介紹了在simulink中調(diào)用s函數(shù)并在建模時(shí)對各模塊進(jìn)行了詳細(xì)的分析；（3）最后，用matlab進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了模型的可行性，并進(jìn)行了分析總結(jié)。2 無刷直流電機(jī)的構(gòu)成及基本工作原理2.1 無刷直流電機(jī)電路的基本組成環(huán)節(jié)無刷直流電機(jī)是一種自控變頻的永磁同步電機(jī)，就其基本組成結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為

22、是由電力電子開關(guān)電路、永磁同步電機(jī)和磁極位置檢測電路三者組成的電機(jī)系統(tǒng)。其中電子換相電路又由功率逆變電路和脈沖生成電路構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。圖1 無刷直流電機(jī)原理框圖（1） 電機(jī)本體：電機(jī)本體由主定子和主轉(zhuǎn)子組成。無刷直流電機(jī)是將普通直流電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子進(jìn)行了互換，其轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，產(chǎn)生氣隙磁通；定子為電樞，由多相繞組組成(三相、四相、五相不等)。轉(zhuǎn)子多采用釤鉆或釹鐵硼等稀土材料。根據(jù)磁極中磁性材料所放位置的不同，可以分為表面式磁極、嵌入式磁極和環(huán)形磁極。由于電機(jī)本體為永磁電機(jī)，所以習(xí)慣上把無刷直流電機(jī)也叫做永磁無刷直流電機(jī)，簡寫為bldcm（brushless direct curr

23、ent motor ）。（2） 電子開關(guān)電路：電子開關(guān)線路是用來控制電機(jī)定子繞組通電的順序和導(dǎo)通的時(shí)間。主要由功率邏輯控制開關(guān)單元和位置傳感器信號處理單元兩個(gè)部分組成。功率邏輯控制開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給直流無刷電機(jī)定子上各相繞組，以便使電機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。而各相繞組導(dǎo)通的順序和時(shí)間主要取決于來自位置傳感器的信號。早期的無刷直流電機(jī)的開關(guān)電路大多由晶閘管組成，由于其關(guān)斷要借助于反電動(dòng)勢或電流過零，而且晶閘管的開關(guān)頻率較低，使得逆變器只能工作在較低頻率范圍內(nèi)。隨著新型可關(guān)斷全控型器件的發(fā)展，在中小功率的電機(jī)中換向器多由功率mosfet或igbt構(gòu)成

24、，具有控制容易、開關(guān)頻率高、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。（3）位置傳感器：由于無刷直流電機(jī)的正常運(yùn)行需要合理地控制功率開關(guān)電路各功率管的導(dǎo)通，因此獲得準(zhǔn)確的位置信號至關(guān)重要，霍爾檢測電路根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的變化來獲得相應(yīng)的位置輸出信號，位置信號的每一次翻轉(zhuǎn)都意味著換相時(shí)刻的到來，因此控制芯片根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號的變化進(jìn)行換相控制，使電機(jī)轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下按同一方向旋轉(zhuǎn)下去。正確換相有賴于準(zhǔn)確的位置檢測，位置檢測電路是系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。位置檢測有使用位置傳感器和不使用位置傳感器兩種方法，它們的目的都是為了確定轉(zhuǎn)子的位置，只是實(shí)現(xiàn)的途徑不同。必須注意：通過各種方法所得到的位置信號一般不能直接用來控制功

25、率管的通斷，往往需要經(jīng)過一定的邏輯處理后才能作用于邏輯控制單元。2.2 無刷直流電機(jī)的導(dǎo)通方式及基本工作原理2.2.1 無刷直流電機(jī)的導(dǎo)通方式一般說來，無刷直流電機(jī)有三種導(dǎo)通方式，即二二導(dǎo)通方式、三三導(dǎo)通方式和角導(dǎo)通方式。以三相無刷直流電機(jī)為例來說明，其等效電路圖如圖2所示。圖2 三相直流無刷電機(jī)等效電路圖所謂二二導(dǎo)通方式是指每一瞬間有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔1/6周期(60電角度)換相一次，每次換相一個(gè)功率管，不同橋臂之間左右換相，每個(gè)功率管導(dǎo)通120電角度。功率管的導(dǎo)通順序依次為：t1t4，t1t6，t3t6，t3t2，t5t2，t5t4：t1t4，在這種通電方式下，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩是通電的

26、兩相電樞繞組所受到的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的矢量和，是單相繞組轉(zhuǎn)矩的倍，即tab= ta。電機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩矢量合成圖見圖3。圖3 兩相轉(zhuǎn)矩合成圖所謂三三導(dǎo)通方式是指每一瞬間有三個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔16周期(60。電角度)換相一次，每次換相是同一橋臂的上下管之間換相，每個(gè)功率管導(dǎo)通180。電角度。功率管的導(dǎo)通順序依次為：t4t1t6，t1t6t3，t6t3t2，t3t2t5，t2t5t4，t5t4t1，可見這種方式運(yùn)轉(zhuǎn)一周期，轉(zhuǎn)子合成驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與二二方式下是一致的，均為六狀態(tài)，不過此時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩的幅值是單相繞組轉(zhuǎn)矩的1.5倍，這是因?yàn)槿嚯娏魍瑫r(shí)作用的結(jié)果。電機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩矢量合成圖見圖4。圖4 三相轉(zhuǎn)矩

27、合成圖所謂角導(dǎo)通方式指的是導(dǎo)通角介于二二導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式。為滯后關(guān)斷角，在 /3電角度內(nèi)，有 /3-為二二導(dǎo)通模式，有為三三導(dǎo)通模式；當(dāng)=0時(shí)，為二二導(dǎo)通六狀態(tài)模式，當(dāng)0= /3時(shí)，為三三導(dǎo)通六狀態(tài)模式，這種導(dǎo)通模式下每周期共有12個(gè)狀態(tài)。2.2.2 無刷直流電機(jī)基本工作原理無刷直流電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)無電刷換向，首先把電樞繞組放在定子上，永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子上，這與傳統(tǒng)直流永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反。但僅這樣做還是不行的，因?yàn)橛靡话阒绷麟娫唇o定子上各繞組供電，只能產(chǎn)生固定磁場，它不能與運(yùn)動(dòng)中轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的永磁磁場相互作用，以產(chǎn)生單一方向的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，直流無刷電機(jī)除了由定子和轉(zhuǎn)子組成電機(jī)

28、的本體以外，還要由位置傳感器（ps,position sensor）、控制電路以及功率開關(guān)共同構(gòu)成的換向裝置，使得無刷直流電機(jī)在運(yùn)行過程中定子繞組所產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永磁磁場，在空間始終保持在90。左右的電角度。下面以圖5和圖6為例(二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài))加以簡要說明：圖5 無刷直流電機(jī)系統(tǒng)原理圖 當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體位于圖6(a)所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出磁極位置信號，經(jīng)過控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使功率開關(guān)管vtl，vt6導(dǎo)通，即繞組a，b通電，a進(jìn)b出，電樞繞組在空間的合成磁勢fa，如圖6(a)所示。此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場相互作用拖動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電流流通路經(jīng)為：電源vt

29、i管a相繞組b相繞組vt6管電源負(fù)極。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過60電角度，到達(dá)圖6(b)中位置時(shí)，位置傳感器輸出信號，經(jīng)過邏輯變換后使開關(guān)管vt6截止，vt2導(dǎo)通，此時(shí)vt1仍導(dǎo)通。則繞組a，c通電，a進(jìn)c出，電樞繞組在空間合成磁場如圖2-6(b)中fa。此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場相互作用使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電流流通路經(jīng)為：電源正極vtl管a相繞組c相繞組vt2管電源負(fù)極，依次類推。 （a） （b）圖6 永磁無刷直流電機(jī)工作原理示意圖當(dāng)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60電角度時(shí)，逆變器開關(guān)管之間進(jìn)行一次換流，定子通電狀態(tài)就改變一次。可見，電機(jī)有6個(gè)狀態(tài)，每一狀態(tài)都是兩相導(dǎo)通，每相繞組中流過電流的時(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120導(dǎo)通型。兩相

30、導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)的三相繞組與各開關(guān)管導(dǎo)通順序的關(guān)系如表2所示。表2 兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)時(shí)繞組和開關(guān)導(dǎo)通順序表導(dǎo)通順序a b cb c a b 電 角 度 0(2) /3 2/3 4/3 5/3 2vt1onoffvt2offonoffvt3offonoffvt4offonoffvt5offonvt6onoffon2.2 本章小結(jié)這一章重點(diǎn)介紹了無刷直流電機(jī)的組成環(huán)節(jié)和電路結(jié)構(gòu)、基本工作原理和工作方式、導(dǎo)通方式，為建立無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型提供了基礎(chǔ)的條件。在組成環(huán)節(jié)和電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以得出電機(jī)的電流、電壓和磁場方面的關(guān)系式以及轉(zhuǎn)矩關(guān)系，從工作方式和導(dǎo)通方式可以得出工作時(shí)的

31、電流、電壓、電角度、速度信號，電流、電壓、轉(zhuǎn)矩角速度和電機(jī)的電角速度等基本關(guān)系，將作為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析和建模的最初基礎(chǔ)。3 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型3.1 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其基本關(guān)系式3.1.1 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型直接利用電機(jī)本身的相變量來建立數(shù)學(xué)模型比較方便，又能獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果。為簡化分析，以一臺(tái)三相兩極bldcm為例，在允許的范圍里作如下假設(shè)：（1） 定子繞組為三相y連接，無中線引出；（2） 忽略齒槽效應(yīng)，繞組均勻分布于光滑定子的內(nèi)表面；（3） 忽略磁路飽和，不計(jì)渦流和磁滯損耗；（4） 在理想狀況下電機(jī)氣隙磁場感應(yīng)的反電動(dòng)勢e和相電流i之間的關(guān)系如圖7所示。外圍的為阻尼系數(shù)b（可

32、忽略）氣隙磁場分布近似梯形波，平頂寬度為120電角度；（5） 轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組，永磁體不起阻尼作用。圖7 方波無刷直流電機(jī)的波形 由電機(jī)電壓平衡方程：（1） 得出無刷直流電機(jī)的三相定子電壓平衡方程式可用下列狀態(tài)方程表達(dá)： （2） 式中：ua,ub,uc為三相定子電壓，ea,eb,ec為三相定子反電動(dòng)勢；lab，lac，lba，lbc，lca，lcb為三相定子間互感；p為微分算子。由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定，在一個(gè)磁阻不隨轉(zhuǎn)子變化而變化，并假定三相對稱，則有：la=lb=lc，lab=lac=lba=lbc=lca=lcb=m，式中m為無刷直流電機(jī)定子繞組間互感。所以公式（2）可改寫為： （3）式（3）整

33、理后可變?yōu)椋?（4）中點(diǎn)電壓方程： （5） 其等效電路為圖8所示。圖8 電機(jī)等效電路以上（2）至（5）式中ea,eb,ec為三相定子各相反電動(dòng)勢，波形近似為梯形波，是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角度r和轉(zhuǎn)子角度的函數(shù)：表達(dá)式為： （6） 電磁轉(zhuǎn)矩方程為： （7）式中為電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度。為了產(chǎn)生了產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，要求在每半個(gè)周期內(nèi)，方波電流的持續(xù)時(shí)間為120電角度，梯形波反電勢的平頂部分要120電角度以上，兩者應(yīng)嚴(yán)格同步，理想情況下，任何時(shí)刻定子繞組只有兩相導(dǎo)通，所以電磁轉(zhuǎn)矩可以變?yōu)椋?（8）式中：em為定子繞組各相反電動(dòng)式幅值；im為定子繞組各相電流的幅值。又因?yàn)闊o刷直流電機(jī)的定子繞組各相反電動(dòng)勢的幅值為：

34、 （9）主磁通為： （10）式（9）可簡化為： （11）式中ke稱為電勢系數(shù)，n為相繞組等效匝數(shù)，pm為極對數(shù)，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。因此電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可化為： （12）由式（12）可看出，無刷直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩大小與磁通和電流幅值大小成正比，所以控制逆變器輸出方波的幅值即可控制無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。再加上轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程： （13）式中：tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；b為負(fù)載轉(zhuǎn)矩為粘滯阻尼系數(shù)；j為轉(zhuǎn)子及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣就構(gòu)成了完整的三相無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 。3.1.2 電流關(guān)系式和電磁轉(zhuǎn)矩在無刷直流電機(jī)運(yùn)行中，若不計(jì)重疊角的影響，可以近似認(rèn)為電流波形為矩形波；假定電流波形的前后沿一致，均為 （14）電流可以近似

35、認(rèn)為是梯形波。分析比較一般的情況，即考慮換流重疊角的影響。這時(shí)電源側(cè)的電流波形如圖9所示。圖9 無刷直流電機(jī)基波電流直流側(cè)的電流為id，交流側(cè)電流是一個(gè)幅值，也為id，頂部寬度為120，底部寬度為120+的梯形波。將其分解為傅里葉級數(shù)，可求出其基波分量有效值為： （15）由于 的值在實(shí)際上非常接近1，固可以簡化為 （16）這就是無刷直流電機(jī)基波和直流電流的基本關(guān)系式。關(guān)于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，我們可以由電機(jī)的功率進(jìn)行推導(dǎo)。在以恒定的速度作穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的條件下，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率之間應(yīng)具有下列關(guān)系： （17）而電機(jī)的電磁功率為電機(jī)的直流輸入功率減去各項(xiàng)電阻上的損耗，故得 （18）綜上得 （19）又因?yàn)?

36、把轉(zhuǎn)速n的公式代入得到 （20）若再把id和im之間的關(guān)系式（15）代入的，可簡化得 （21）這個(gè)轉(zhuǎn)矩公式也和直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式基本相同。它說明無刷直流電機(jī)在一定的條件下，它的轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的勵(lì)磁及電樞電流幾乎直接成正比?？刂齐姍C(jī)的電流，就能直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。3.2 本章小結(jié)本章內(nèi)容完成了對無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的描述和分析，并且列出了無刷直流電機(jī)的電壓平衡代數(shù)方程方程和狀態(tài)方程、電流和轉(zhuǎn)矩關(guān)系式等無刷直流電機(jī)的基本數(shù)學(xué)關(guān)系式和方程，從中選擇合適的參數(shù)通過其對應(yīng)的方程可以建立無刷直流電機(jī)的仿真模型。后面的內(nèi)容將圍繞轉(zhuǎn)矩調(diào)速這一目的采用的matlab 7.0的simulink工具箱，結(jié)合算法函數(shù)編程

37、對構(gòu)建的模塊和系統(tǒng)進(jìn)行仿真和調(diào)試。4 無刷直流電機(jī)的仿真模型及其驗(yàn)證根據(jù)前面介紹的無刷直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型，本節(jié)運(yùn)用matlab/simulink建立無刷直流電機(jī)的仿真模型。計(jì)算機(jī)仿真是無刷直流電動(dòng)機(jī)(bldcm)研究中一種重要手段。本章的主要目的就是具體實(shí)現(xiàn)這些模塊的函數(shù)和電路的模擬、仿真和調(diào)試。在simulink仿真bldcm中，功能模塊常采用s函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。本章對三相六狀態(tài)工作模式的bldcm進(jìn)行matlab/simulink仿真建模，先構(gòu)造各自獨(dú)立的功能模塊，再利用s函數(shù)對其中部分功能模塊進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，從而搭建出功能與結(jié)構(gòu)有機(jī)整合的bldcm模型。4.1 仿真軟件介紹4.1.1

38、綜述matlab是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如c、fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。matlab和mathematica、maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。matlab可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、

39、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用matlab來解算問題要比用c，fortran等語言完成相同的事情簡捷得多，并且matlab也吸收了像maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使matlab成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對c，fortran，c+，java的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲絤atlab函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的matlab愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)

40、行下載就可以用。4.1.2 simulink工具箱介紹simulink是matlab工具箱中用于進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。它以結(jié)構(gòu)圖的形式進(jìn)行建模，具有開放性的特點(diǎn)，用戶可根據(jù)需要，開發(fā)自己的模型，并通過封裝來擴(kuò)充現(xiàn)有的模型庫。建立自己的模型主要有三種方法：(1)由simulink現(xiàn)有的模型組合出新的模型。這只需簡單的鼠標(biāo)拖放操作即可完成。(2)用matlab語言編寫y=f(x)形式的函數(shù)，在simulink模型中調(diào)用。(3)編制s函數(shù)。simulink仿真環(huán)境是由美國math works軟件公司在1990年專門為matlab語言設(shè)計(jì)提供的結(jié)構(gòu)圖編程與系統(tǒng)仿真的專用軟件工具

41、，matlab6.x之下為simulink 3.1以上版本。該仿真環(huán)境下的用戶程序其外觀就是控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，其操作就是依據(jù)結(jié)構(gòu)圖作系統(tǒng)仿真。利用simulink提供的輸入信號（信號源模塊）對結(jié)構(gòu)圖所描述的系統(tǒng)施加激勵(lì)，利用simulink提供的輸出裝置（輸出接口模塊）獲得系統(tǒng)的輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)或者時(shí)間響應(yīng)曲線，成為圖形化、模塊化方式的控制系統(tǒng)仿真，使得動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真與建模更加簡潔方便，這不能不說是控制系統(tǒng)仿真工具的一大突破性進(jìn)步。 simulink仿真環(huán)境支持各種類型系統(tǒng)的仿真與建模，如線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、以及連續(xù)-離散混合系統(tǒng)。另外，還支持混合采樣率的采樣系統(tǒng)的仿真。

42、 simulink提供了圖形化用戶界面（gui），使用鼠標(biāo)拖動(dòng)方式，即可構(gòu)建結(jié)構(gòu)圖形式的控制系統(tǒng)模型。為此simulink提供了各種標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)圖模塊庫，其中主要包括：信號源單元、輸出裝置單元、線性單元、非線性單元以及模塊連接單元等。另外，還以開放式的設(shè)計(jì)方法提供了各種文件s函數(shù)的設(shè)計(jì)方法，使用戶可以設(shè)計(jì)自己的結(jié)構(gòu)圖模塊。 simulink的圖形化系統(tǒng)模型使用了自上而下與自下而上的繼承技術(shù)。用戶可以以鼠標(biāo)雙擊方式訪問下級模塊，便于用戶了解模塊設(shè)計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。4.2 s函數(shù)介紹及使用s函數(shù)是 system function系統(tǒng)函數(shù)的簡稱，是指采用非圖形化（即計(jì)算機(jī)語言，而非simulink系統(tǒng)模塊

43、）的方式描述的功能模塊。在matlab中，用戶除了可以使用matlab代碼編寫s函數(shù)以外，還可以使用c、c+、fortran 或ada語言編寫s函數(shù)，只不過用這些語言編寫程序時(shí)需要用編譯器生成動(dòng)態(tài)連接庫（dll）文件，然后在simulink中直接調(diào)用。 s函數(shù)是由一種特殊的語法構(gòu)成的，用來描述并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的。它采用一種特殊的調(diào)用語法，使函數(shù)和simulink求解器進(jìn)行交互。這種交互與求解器和simulink仿真模型間的交互相類似：s函數(shù)接受來自simulink求解器的相關(guān)信息，并對求解器發(fā)出的命令做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。s函數(shù)作為與其它語言結(jié)合的接口，可以使用這個(gè)語言所提供的強(qiáng)大功能。例如，使用ma

44、tlab語言編寫的s函數(shù)稱為m文件s函數(shù)，它可以充分利用 matlab 所提供的豐富資源，方便地調(diào)用各種工具箱函數(shù)和圖形函數(shù)；使用c語言編寫的s函數(shù)被稱為cmex文件s函數(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)對操作系統(tǒng)和外部設(shè)備等的訪問，也可以提供與操作系統(tǒng)的接口。另外，s函數(shù)可以使用其他多種語言編寫，因此可以實(shí)現(xiàn)代碼的移植，即將已有的代碼結(jié)合進(jìn)來，而不需在simulink中重新實(shí)現(xiàn)算法。 s函數(shù)中采用非圖形化的方式描述系統(tǒng)，其內(nèi)部采用文本方式輸入描述系統(tǒng)的公式、方程，這種方式非常適合復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，且可以在仿真過程中對仿真進(jìn)行精確的控制。s-function的形式是非常通用的，且適用于連續(xù)、離散和混合系統(tǒng)。

45、s-function為用戶提供了一種在simulink模型中增加自制塊的手段，用戶可以使用可選編程語言來創(chuàng)建自己的塊。在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真中， 要想將s函數(shù)加入simulink仿真模型中，用戶需要將user defined functions模型庫中的s-function模塊（如圖10）拖進(jìn)該模型中。s-function模塊是一個(gè)單輸入單輸出模塊，如果有多個(gè)輸入與輸出信號，用戶需要使用mux模塊和demux模塊對信號進(jìn)行組合或分離。s-function 模塊僅僅是以圖形的方式提供給用戶一個(gè)s函數(shù)的使用接口，在它的參數(shù)設(shè)置對話框中僅包含s函數(shù)的名稱及函數(shù)所需的參數(shù)列表，而s函數(shù)所實(shí)現(xiàn)的功能則由s函數(shù)源

46、文件描述，s函數(shù)源文件必須由用戶自行編寫。圖10 s-function塊、對話框、及決定塊功能的源文件之間的關(guān)系 使用s函數(shù)的步驟如下： 一、在系統(tǒng)的simulink仿真框圖中添加sfunction模塊，并進(jìn)行正確的設(shè)置； 二、創(chuàng)建s函數(shù)源文件：創(chuàng)建s函數(shù)源文件的方法有多種。用戶可以按照s函數(shù)的語法格式自行編寫代碼，但是這樣做很麻煩，且容易出錯(cuò)。simulink在sfunction examples模型庫中為用戶提供了針對不同語言的很多s函數(shù)模板和例子，simulink提供了編寫各種s函數(shù)的模板。用戶可以根據(jù)自己的需要修改相應(yīng)的模板或例子即可完成s函數(shù)源文件的編寫工作。例如，本次仿真需要編寫m

47、文件格式的s-函數(shù)時(shí)，首選應(yīng)使用模板文件sfuntmpl.m；三、在系統(tǒng)的simulink仿真框圖中按照定義好的功能連接輸入輸出端口。要說明的是，s-function模塊中s函數(shù)名稱必須和用戶建立的s函數(shù)源文件的名稱完全相同，s-function模塊中的s函數(shù)參數(shù)列表必須按照s函數(shù)源文件中的參數(shù)順序賦值，且參數(shù)之間需要用逗號隔開。另外，用戶也可以使用子系統(tǒng)封裝技術(shù)對s函數(shù)進(jìn)行封裝，這樣做的好處是可以增強(qiáng)系統(tǒng)模型的可讀性。 mex文件與m文件的s-function 都有各自的優(yōu)點(diǎn)。m文件的s-function的優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)速度。開發(fā)m文件的s-function避免了開發(fā)編譯語言的編譯-連接-執(zhí)行所

48、需的時(shí)間開銷。m文件的s-function還可以更容易地訪問matlab和工具箱函數(shù)。 一個(gè)m文件的s-function由一個(gè)matlab函數(shù)組成，該函數(shù)形式如下： sys,x0,str,ts = f（t,x,u,flag,p1,p2,.） 其中，f是s-function的函數(shù)名。在模型的仿真過程中，simulink反復(fù)調(diào)用f，并通過 flag參數(shù)來指示每次調(diào)用所需完成的任務(wù)（或多個(gè)任務(wù)） 。每次s-function執(zhí)行任務(wù)，并將執(zhí)行結(jié)果通過一個(gè)輸出向量返回。 sfuntmpl.m是實(shí)現(xiàn)m文件s-function的一個(gè)模板，其路徑為在matlabroot（表示matlab在計(jì)算機(jī)硬盤中的根目錄位置，因人而異）/toolbox/simulink/blocks目錄下。該模板由一個(gè)頂層的函數(shù)和一組骨架子函數(shù)組成，這些骨架函數(shù)被稱為 s-function 的回調(diào)函數(shù)，每一個(gè)回調(diào)函數(shù)對應(yīng)著一個(gè)特定的 flag 參數(shù)值，頂層函數(shù)通過 flag 的指示來調(diào)用不同的子函數(shù)。在仿真過程中，子函數(shù)執(zhí)行s-function所要求的實(shí)際任務(wù)。 s