基于malabsimulink的無刷直流電機控制仿真研究

基于malabsimulink的無刷直流電機控制仿真研究

2.2電機反電勢的測量電機環(huán)的反電勢波形的形狀與電角有關(guān)，電機的旋轉(zhuǎn)角速度影響電勢的大小。因此,電機反電勢可以表示為電角度和旋轉(zhuǎn)角速度的函數(shù)關(guān)系。通過分析電機換相過程可知,電機繞組反電勢在平頂波部分時,與該相繞組相連的逆變器上橋臂導(dǎo)通,同樣,在負的平頂波部分,下橋臂導(dǎo)通。因此,在確定了反電勢波形的同時,也就確定了逆變器6個功率管的開關(guān)時刻。根據(jù)圖2可以用Matlab中l(wèi)ook-uptable來實現(xiàn)幅值為1相位依次相差120度反電勢的波形,再乘以反電勢常數(shù)即為電機反電勢的值。圖2中為顯示反電勢與霍爾元件的關(guān)系,取反電勢幅值為1.5。再根據(jù)霍爾信號與電機位置的關(guān)系可以推導(dǎo)出霍爾信號的位置?；魻栃盘柵c電機轉(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機械運動方程模塊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圖各個模塊進行封裝,得到整個電機的封裝模塊如圖5。3.2波電流的信號由于BLDCM控制系統(tǒng)要求的相電流為方波電流,PWM調(diào)制信號,只需為等幅、等寬、等距的信號,則由一個固定頻率的三角波及直流電壓信號的合成就可產(chǎn)生出所需的信號。3.3電流滯環(huán)比較國BLDCM控制系統(tǒng)中逆變器的可靠換相,是通過BLDCM內(nèi)部的轉(zhuǎn)子位置信號進行控制的。無刷直流電機調(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)。速度給定信號與速度反饋信號比較后,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,與電流反饋信號比較后,送入電流滯環(huán)比較器或通過電流調(diào)節(jié)器,電流滯環(huán)比較器具有控制簡單、性能良好的特點,所以是目前采用得較多的電流控制器。本文主要從驗證所建電機模型的正確性考慮,通過對圖2的分析可知,利用BLDCM的霍爾信號的位置和PWM來控制逆變器各功率開關(guān)導(dǎo)通。霍爾信號與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,將上式進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為電機相電流和反電勢波形,圖7～圖8中縱坐標為反電勢和電樞電流,橫坐標為時間。5質(zhì)控模型的建立本文根據(jù)無刷電機數(shù)學(xué)模型建立了在Matlab下的動態(tài)數(shù)學(xué)模型,通過電機的仿真曲線可以看出,在啟動初始階段,啟動電流大,轉(zhuǎn)矩有較大的峰值。采用Simulink建立的無刷電機模型所的結(jié)果與理論分析基本一致,從而說明這種電機模型是正確的和有效的。采用該模型可以方便的實現(xiàn)和驗證控制功能算法,它為分析設(shè)計BLDCM控制系統(tǒng)提供了有效方便的方法。無刷直流電機(BrushlessDCMotor,以下簡稱BLDCM)以其體積小、重量輕、控制精度高等優(yōu)點,同時兼有普通直流電動機易于控制的特性,從而在伺服控制、數(shù)控機床、機器人等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著無刷直流電機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大,越來越多地要求控制系統(tǒng)設(shè)計簡易、成本低、控制算法合理。為此,建立無刷直流電機仿真模型,通過仿真分析,可以有效地節(jié)省控制系統(tǒng)設(shè)計周期,并且可以及時驗證加載到系統(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的計算機仿真模型,通過試驗,驗證了該數(shù)學(xué)模型的有效性。1電機的算子磁鏈及電壓方程假設(shè)無刷直流電機工作在兩相導(dǎo)通、星型三相狀態(tài)方式下,反電勢波形為平頂,寬度為120電角度的梯形波,電機在工作過程磁路不飽和,不計渦流損耗和磁滯損耗,三相繞組完全對稱。電機定子磁鏈方程:(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。其中,反電勢為(4)式中,P—電機的極對數(shù),θ—電機的位置,ω—電機的角速度。由于三相繞組為星型連接,而且沒有中線,因此有:轉(zhuǎn)矩方程為運動方程為7)式中,Tm—