基于malabsimulink的無(wú)刷直流電機(jī)控制仿真研究

基于malabsimulink的無(wú)刷直流電機(jī)控制仿真研究

2.2電機(jī)反電勢(shì)的測(cè)量電機(jī)環(huán)的反電勢(shì)波形的形狀與電角有關(guān)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度影響電勢(shì)的大小。因此,電機(jī)反電勢(shì)可以表示為電角度和旋轉(zhuǎn)角速度的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)分析電機(jī)換相過(guò)程可知,電機(jī)繞組反電勢(shì)在平頂波部分時(shí),與該相繞組相連的逆變器上橋臂導(dǎo)通,同樣,在負(fù)的平頂波部分,下橋臂導(dǎo)通。因此,在確定了反電勢(shì)波形的同時(shí),也就確定了逆變器6個(gè)功率管的開關(guān)時(shí)刻。根據(jù)圖2可以用Matlab中l(wèi)ook-uptable來(lái)實(shí)現(xiàn)幅值為1相位依次相差120度反電勢(shì)的波形,再乘以反電勢(shì)常數(shù)即為電機(jī)反電勢(shì)的值。圖2中為顯示反電勢(shì)與霍爾元件的關(guān)系,取反電勢(shì)幅值為1.5。再根據(jù)霍爾信號(hào)與電機(jī)位置的關(guān)系可以推導(dǎo)出霍爾信號(hào)的位置?；魻栃盘?hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)子位置(0～360°)關(guān)系如表1。2.3磁極旋轉(zhuǎn)方程模塊2.4機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程模塊3空白cdm管理系統(tǒng)的模擬模型3.1bundm主模塊將圖1、3圖、4圖各個(gè)模塊進(jìn)行封裝,得到整個(gè)電機(jī)的封裝模塊如圖5。3.2波電流的信號(hào)由于BLDCM控制系統(tǒng)要求的相電流為方波電流,PWM調(diào)制信號(hào),只需為等幅、等寬、等距的信號(hào),則由一個(gè)固定頻率的三角波及直流電壓信號(hào)的合成就可產(chǎn)生出所需的信號(hào)。3.3電流滯環(huán)比較國(guó)BLDCM控制系統(tǒng)中逆變器的可靠換相,是通過(guò)BLDCM內(nèi)部的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行控制的。無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般采用雙閉環(huán)控制,其中外環(huán)是速度環(huán),內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。速度給定信號(hào)與速度反饋信號(hào)比較后,送入速度調(diào)節(jié)器。速度調(diào)節(jié)器的輸出為電流給定的幅值,與電流反饋信號(hào)比較后,送入電流滯環(huán)比較器或通過(guò)電流調(diào)節(jié)器,電流滯環(huán)比較器具有控制簡(jiǎn)單、性能良好的特點(diǎn),所以是目前采用得較多的電流控制器。本文主要從驗(yàn)證所建電機(jī)模型的正確性考慮,通過(guò)對(duì)圖2的分析可知,利用BLDCM的霍爾信號(hào)的位置和PWM來(lái)控制逆變器各功率開關(guān)導(dǎo)通?；魻栃盘?hào)與PWM的邏輯關(guān)系如下:???????????????????????T1=ABˉˉˉ?PWM+ABˉˉˉCˉˉˉT2=ACˉˉˉ?PWM+ABCˉˉˉT3=BCˉˉˉ?PWM+AˉˉˉBCˉˉˉT4=BAˉˉˉ?PWM+AˉˉˉBCT5=CAˉˉˉ?PWM+AˉˉˉBˉˉˉCT6=CBˉˉˉ?PWM+ABˉˉˉC(9){Τ1=ABˉ?ΡWΜ+ABˉCˉΤ2=ACˉ?ΡWΜ+ABCˉΤ3=BCˉ?ΡWΜ+AˉBCˉΤ4=BAˉ?ΡWΜ+AˉBCΤ5=CAˉ?ΡWΜ+AˉBˉCΤ6=CBˉ?ΡWΜ+ABˉC(9)A、B、C分別代表霍爾信號(hào),將上式進(jìn)行邏輯與和邏輯或即可得到逆變器各功率開關(guān)的導(dǎo)通順序。3.4主模塊逆變器模塊用Simulink/PSB下提供的3對(duì)MOSFET功率開關(guān)器件,各自反并續(xù)流二極管,構(gòu)成三相逆變橋。4ri幅值及te本文仿真所使用數(shù)據(jù)為P=1,Rs=1.25Ω,Ls-Ms=2.875mH,Φ′ri(i=a,b,c)幅值為0.04,Te=0.13N.m。圖7為轉(zhuǎn)矩波形,圖8為電機(jī)相電流和反電勢(shì)波形,圖7～圖8中縱坐標(biāo)為反電勢(shì)和電樞電流,橫坐標(biāo)為時(shí)間。5質(zhì)控模型的建立本文根據(jù)無(wú)刷電機(jī)數(shù)學(xué)模型建立了在Matlab下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,通過(guò)電機(jī)的仿真曲線可以看出,在啟動(dòng)初始階段,啟動(dòng)電流大,轉(zhuǎn)矩有較大的峰值。采用Simulink建立的無(wú)刷電機(jī)模型所的結(jié)果與理論分析基本一致,從而說(shuō)明這種電機(jī)模型是正確的和有效的。采用該模型可以方便的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證控制功能算法,它為分析設(shè)計(jì)BLDCM控制系統(tǒng)提供了有效方便的方法。無(wú)刷直流電機(jī)(BrushlessDCMotor,以下簡(jiǎn)稱BLDCM)以其體積小、重量輕、控制精度高等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)兼有普通直流電動(dòng)機(jī)易于控制的特性,從而在伺服控制、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,越來(lái)越多地要求控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易、成本低、控制算法合理。為此,建立無(wú)刷直流電機(jī)仿真模型,通過(guò)仿真分析,可以有效地節(jié)省控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期,并且可以及時(shí)驗(yàn)證加載到系統(tǒng)的控制算法。本文在分析BLDCM數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,建立了BLDCM的計(jì)算機(jī)仿真模型,通過(guò)試驗(yàn),驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型的有效性。1電機(jī)的算子磁鏈及電壓方程假設(shè)無(wú)刷直流電機(jī)工作在兩相導(dǎo)通、星型三相狀態(tài)方式下,反電勢(shì)波形為平頂,寬度為120電角度的梯形波,電機(jī)在工作過(guò)程磁路不飽和,不計(jì)渦流損耗和磁滯損耗,三相繞組完全對(duì)稱。電機(jī)定子磁鏈方程:(1)式中,Ls、Ms—定子的自感和互感,ΥraΥrb、Υrc—轉(zhuǎn)子在定子側(cè)感應(yīng)的磁鏈。ia、ib、ic—定子相繞組電流。電機(jī)的電壓方程為(3)式中,Va、Vb、Vc—定子相繞組電壓,ea、eb、ec—定子繞組反電勢(shì)。其中,反電勢(shì)為(4)式中,P—電機(jī)的極對(duì)數(shù),θ—電機(jī)的位置,ω—電機(jī)的角速度。由于三相繞組為星型連接,而且沒(méi)有中線,因此有:轉(zhuǎn)矩方程為運(yùn)動(dòng)方程為7)式中,Tm—