【正文】 的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)。而內(nèi)埋式結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度高、磁路氣隙小，與外裝式結(jié)構(gòu)相比，更適用于弱磁運(yùn)行。（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子式電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，是產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)的部件，由一定的極對(duì)數(shù)的永磁體嵌在鐵心表面或嵌入鐵心內(nèi)部構(gòu)成。（1）定子是電機(jī)本體的靜止部分，由導(dǎo)磁的定子鐵心、電樞繞組、及絕緣材料等部分組成。直流電源功率電子換相電路電機(jī)本體位置檢測(cè)器圖21 無刷直流電機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖電機(jī)本體的主要部件有定子和轉(zhuǎn)子。工作時(shí)，控制器根據(jù)測(cè)得的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置有序的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路中的各個(gè)功率管，進(jìn)行有序換流，以驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。（5）通過Matlab/Simulink進(jìn)行仿真，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析。 論文的主要內(nèi)容本文對(duì)無刷直流電機(jī)的控制策略和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等問題進(jìn)行研究，內(nèi)容主要由以下幾部分組成:（1）論述了本文的研究目的，內(nèi)容以及研究意義。企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。但是，中國在無刷直流電機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中出現(xiàn)了不少問題，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品。在我國，無刷直流電機(jī)的發(fā)展時(shí)間較短，但隨著技術(shù)的日益成熟與完善也得到了迅猛的發(fā)展。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來看，以雙閉環(huán)控制代表無刷直流電機(jī)控制器的發(fā)展方向。然而模擬元件的物理特性決定了它們具有一些本質(zhì)上的缺陷，例如元器件的老化和溫漂問題等，由于采用了硬接線，系統(tǒng)升級(jí)困難，使它很難滿足現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。目前，電力電子裝置朝著集成化的方向發(fā)展，把驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)電路和功率器件集成在一起，便構(gòu)成了功率集成電路，這些使得電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路體積更小且設(shè)計(jì)簡化。因此，研制高性能的無刷直流電機(jī)控制器成為一項(xiàng)普遍關(guān)注的課題。因此，直流無刷電機(jī)的應(yīng)用和研究受到了高度的重視，憑其技術(shù)優(yōu)勢(shì)在許多場(chǎng)合取代了其它種類的電動(dòng)機(jī)，越來越多地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)領(lǐng)域中，顯示出了廣泛的應(yīng)用前景。在民用領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及人工智能技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求從過去簡單的提供動(dòng)力發(fā)展到精確控制，從而促進(jìn)了電動(dòng)機(jī)與電子產(chǎn)品緊密結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展，如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等。無刷直流電機(jī)既具備傳統(tǒng)直流電機(jī)運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好、無勵(lì)磁損耗的優(yōu)點(diǎn)，又具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，特別是與傳統(tǒng)直流電機(jī)相比，無刷直流電機(jī)不采用電刷進(jìn)行換相，因而不存在機(jī)械換相帶來的諸多缺點(diǎn)，故在許多高科技領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。1 緒論無刷直流電機(jī)[1]（Brushless DC Motor ,簡稱BLDCM）用電子換相取代了直流電機(jī)的機(jī)械換相，把永磁材料做成轉(zhuǎn)子，省去了電刷，因而它具有很強(qiáng)的生命力。眾所周知，直流電機(jī)具有運(yùn)行效率高和調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是傳統(tǒng)的直流電機(jī)均采用電刷，以機(jī)械方法進(jìn)行換向，因而存在機(jī)械摩擦，由此帶來噪聲、電火花、無線電千擾以及壽命短等致命弱點(diǎn)，再加上制造成本高及維修困難等缺點(diǎn)，從而大大地限制了它的應(yīng)用范圍，致使目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，大多數(shù)采用三相異步電機(jī)。近十年來，用高新技術(shù)武裝的各種新型武器如戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、隱形飛機(jī)、武裝直升機(jī)等空中武器不斷涌現(xiàn)，其目標(biāo)識(shí)別能力、隱蔽程度、目標(biāo)命中精度均大大提高，這給武器隨動(dòng)系統(tǒng)提出了新的要求。隨著無刷直流電機(jī)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，其應(yīng)用己經(jīng)從最初的軍事工業(yè)，向航空航天、醫(yī)療、信息、家電以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域迅速發(fā)展。目前在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中，無刷直流電機(jī)的調(diào)速控制一般都采用傳統(tǒng)的PID控制，PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制過程中，但無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)多變量、強(qiáng)禍合的非線性系統(tǒng)，隨著對(duì)無刷直流電機(jī)調(diào)速性能要求的提高，采用傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)很難得到令人滿意的結(jié)果。80年代以來，微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合產(chǎn)生了高頻化全控型器件，從而使電力電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，新的電力電子器件使電路的控制性能大為改善，使以前難以實(shí)現(xiàn)的功能也得以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的無刷直流電機(jī)控制器一般由模擬器件以硬接線的方式構(gòu)成。這類芯片價(jià)格便宜，執(zhí)行速度快，但是所能實(shí)現(xiàn)的控制功能簡單，難以滿足高性能控制場(chǎng)合的需要。日本在民用方面比較突出，而美國則在軍用方面更加先進(jìn)。我國的無刷直流電機(jī)也已在航模、醫(yī)療器械、家用電器、電動(dòng)車等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并在深圳、長沙、上海等地形成初具規(guī)模產(chǎn)業(yè)鏈，在技術(shù)上不斷推進(jìn)行業(yè)發(fā)展。產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源破壞力大。(3)研究無位置傳感器控制技術(shù)以提高系統(tǒng)的可靠性，并進(jìn)一步縮小電機(jī)控制系統(tǒng)的尺寸與重量。（4）在Matlab/Simulink中建立無刷直流電機(jī)模型。電子換相電路一般由控制部分和驅(qū)動(dòng)部分組成，而對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)可以通過用傳感器的方法或無位置傳感器技術(shù)進(jìn)行確定。所以，無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為由電機(jī)本體、電子換相電路以及位置檢測(cè)電路共同組成[4]如圖21。電樞繞組在定子側(cè)，有利于常用的的內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)散熱。當(dāng)電機(jī)帶著負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)起來后，便在繞組中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，吸收一定的電功率，并通過轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械功率，從而實(shí)現(xiàn)能量從電功能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過程。外裝式結(jié)構(gòu)可使轉(zhuǎn)子做得直徑小、慣量低，特別是將永磁體直接貼接在轉(zhuǎn)軸上，還可以獲得低電感，有利于改善動(dòng)態(tài)性能。普通直流電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，而定子產(chǎn)生固定不動(dòng)的磁場(chǎng)。 建立無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型無刷直流電機(jī)由定子三相繞組、永磁轉(zhuǎn)子、逆變器、轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)器等組成[5]。BLDCM的電磁轉(zhuǎn)矩方程可表示為： （23）由電磁轉(zhuǎn)矩方程可看出，無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程與普通直流電動(dòng)機(jī)相似，其電磁轉(zhuǎn)矩大小與磁通和電流幅值成正比，所以控制逆變器輸出方波電流的幅值即可控制無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。所以BLDCM的運(yùn)動(dòng)方程可表示為： （24）式子（34）中：為極對(duì)數(shù)；為電磁轉(zhuǎn)矩；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。只能用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度要求不高的簡單的系統(tǒng)，而在要求比較高時(shí)，開環(huán)控制就受到很大的局限。 開環(huán)調(diào)速控制開環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器的輸出沒有影響。在開環(huán)系統(tǒng)中沒有反饋信號(hào)，而電機(jī)在帶載的一瞬間要有一個(gè)做功的過程，也就是建立系統(tǒng)帶載狀態(tài)下的穩(wěn)定狀態(tài)的過程，這部分功需要增大電機(jī)的電流來補(bǔ)償，同時(shí)也會(huì)犧牲一部分動(dòng)能，也就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以產(chǎn)生了靜態(tài)速降。PWM三相逆變器電流調(diào)節(jié)器速度