【正文】 尼繞組；(5)轉(zhuǎn)子磁密波形為梯形波；(6)不考慮電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響。 三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于建立無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的仿真模型，可以有效的節(jié)省控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)問，及時(shí)驗(yàn)證施加于系統(tǒng)的控制算法，觀察系統(tǒng)的控制輸出；同時(shí)可以充分利用計(jì)算機(jī)仿真的優(yōu)越性，人為地改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、加入不同的擾動(dòng)和參數(shù)變化，以便考察系統(tǒng)在不同結(jié)構(gòu)和不同工況下的動(dòng)、靜態(tài)特性。簡(jiǎn)而言之，SIMULINK具有一下特點(diǎn)：①基于矩陣的數(shù)值運(yùn)算②高級(jí)編程語(yǔ)言③圖形與可視化④工具箱提供面向具體應(yīng)用領(lǐng)域的功能。(4)提供了仿真庫(kù)的擴(kuò)充和定制機(jī)制SIMULINK的開放式結(jié)構(gòu)允許用戶可以擴(kuò)展仿真環(huán)境的功能：采用MATLAB、FORTRAN 和 c代碼生成自定義模塊庫(kù)，并擁有自己的圖標(biāo)和界面。通過使用這些程序包，用戶可以迅速地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真與分析。菜單方式對(duì)于交互T作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)行一大類仿真(如蒙特卡羅非常有用)。建模時(shí)只需要使用鼠標(biāo)拖放不同模塊庫(kù)中的系統(tǒng)模塊并將它們連接起來。它和MATLAB的無(wú)縫結(jié)合使得用戶可以利用MATLAB豐富的資源，建立仿真模型，監(jiān)控仿真過程，分析仿真結(jié)果。鑒于此，本章進(jìn)行了電機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真。所以采用直接的數(shù)學(xué)模型參數(shù)確定的方法和實(shí)際運(yùn)行過程中的理想?yún)?shù)之間存在‘ 定的出入。(5)計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取 ，則04Rk??，???3k?，?.5F，???.3u(6)校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng) 時(shí)， ，不能滿足設(shè)計(jì)要求。(5)計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖 34，按所用運(yùn)算放大器取 ，各電阻和電容值為04Rk?? ，取 （38）??56k ，取 （39）? ，取 （310）???.2按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 ，%5i???滿足設(shè)計(jì)要求。(3)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： 。?③電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。這樣的濾波傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時(shí)間常數(shù) 按需要選定，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法校正環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法很多，而且是很靈活的，用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互矛盾的靜動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和熟練的設(shè)計(jì)技巧。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器, 即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR), 分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流, 即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。通電順序正傳（逆時(shí)針） 反轉(zhuǎn)（順時(shí)針）轉(zhuǎn)子位置（電角度176。BLDC建模仿真系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方案：轉(zhuǎn)速環(huán)由PID調(diào)在 ，利用SimPowerSystemToolbox提供的豐富模塊庫(kù)，在分析BLDC數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了建立BLDC控制系統(tǒng)仿真模型的方法，系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)成，電流環(huán)由電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器構(gòu)成?！?20176。如圖2—2所示，圖中HH2和H3分剮表示霍爾位置傳感器的信號(hào)，H1的有效期為x軸到u軸的正半周，H2的有效器為V軸到y(tǒng)軸的正半周，H3的有效期為w軸到Z軸的正半周，假設(shè)有效是霍爾元件對(duì)應(yīng)的信號(hào)為1。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書2 直流電機(jī)的工作原理和控制系統(tǒng)模型 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理一般永磁直流電動(dòng)機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要作用是在電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)中產(chǎn)生磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)子電樞繞組通電后產(chǎn)生反應(yīng)磁場(chǎng)，由于電刷的換向作用，使得這兩個(gè)磁場(chǎng)的方向在直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。第二章詳細(xì)介紹了直流無(wú)刷電機(jī)的工作原理，然后闡述了BLDC系統(tǒng)模型的建立。電機(jī)在不同的工作頻率、啟動(dòng)及過流狀態(tài)下需要滿足一定的穩(wěn)定運(yùn)行條件， PLL鎖相環(huán)以及PWM 速度反饋網(wǎng)絡(luò)也會(huì)影響電機(jī)工作的穩(wěn)定性。另一方面，從控制系統(tǒng)的成本、維護(hù)性、可靠性等方面考慮，無(wú)傳感器的傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性具有更重要的意義，成為近年的研究熱點(diǎn)。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書(2) 國(guó)外的研究現(xiàn)狀 在國(guó)外，面對(duì)日益復(fù)雜的控制對(duì)象，為進(jìn)一步提高無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和魯棒性，智能控制方法受到更多關(guān)注。在設(shè)計(jì) PID 控制器時(shí)，分析比較 PID 參數(shù) Kp，Ki ，Kd 對(duì)系統(tǒng)的影響，通過參數(shù)的調(diào)整使系統(tǒng)的暫態(tài)特性達(dá)到最優(yōu)。 直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制的研究現(xiàn)狀無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而得到廣泛的應(yīng)用，促使人們對(duì)其不斷研究探索。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)繞組內(nèi)不能產(chǎn)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書生感應(yīng)電勢(shì)，晶體管無(wú)偏置，功率繞組也就無(wú)法饋電，所以這種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此，沒有產(chǎn)品化。早在1934年，就出現(xiàn)過電子管線路代替機(jī)械滑動(dòng)接觸的無(wú)換向器直流電動(dòng)機(jī)。也正是因?yàn)闊o(wú)刷直流電機(jī)有如此多的優(yōu)點(diǎn)，所以使它成為了新一代電動(dòng)伺服系統(tǒng)的主角。例如在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備(軟驅(qū)、光驅(qū)、硬盤等)、辦公自動(dòng)化設(shè)備(打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、繪圖儀等)、家電(洗衣機(jī)、空調(diào)、風(fēng)扇等)、音像設(shè)備(VCD、攝像機(jī)、錄像機(jī)等)、汽車、電動(dòng)自行車、數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)和各種軍用武器隨動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路制造、激光加工、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。稀土永磁材料技術(shù)也對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)本體的發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論以及稀土永磁材料技術(shù)的飛速發(fā)展，這種設(shè)想逐步成為現(xiàn)實(shí)。關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；PID控制器 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書AbstractConventional DC motor always takes up dominant position in driving system，butits inherent mechanical mutator and brush bring on limited capability，low reliability and big noise．These shorting necessitate US to develope lower noise，high efficiency and big capability driving motor．With the development of the power electronicsand micro—control technique，permanent—mag brushless DC motor possesses small volume，light weight，high efficiency，low noise，big capability and reliability，so it is hopeful to bee main motor in drive system．Fuzzy controller has the advantage of robust trait and strong antijamming merit．First，from the point of view of motor and control，the paper expounds all kinds of cause of brushless dc motor’s ripple toque．Especially，analyzes the cause of mutation ripple torque．Second，mathematical model is presented based on the the operating principle of BLDCM，which is analyzed in detail．This paper introduces software matlab／simulink and how to use it．Simulation model of three—phase BLDCM is set up and performed．The control system is virtually a dual closed—loop system with current controller’s inner loop and speed controller as outer loop．speed controller adopts fuzzy。轉(zhuǎn)子位置通過直流無(wú)刷電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)檢溺，仿真結(jié)果表明了該仿真模型控制系統(tǒng)與理論分析完全吻合，從而證明了模型的有效性。其次，本文對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理進(jìn)行了詳盡的分析，建立了三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書摘要傳統(tǒng)的直流電機(jī)一直在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于其本身固有的機(jī)械換向器和電刷導(dǎo)致電機(jī)容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人們探索低噪音、高效率并且大容量的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。詳細(xì)分析了電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的各種原因，特別是分析了相電流換向所產(chǎn)生的紋波轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。為了提高系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)特性，轉(zhuǎn)速外環(huán)采用PI 調(diào)節(jié)器，電流內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器。最后，對(duì)未來的工作給予了展望，并對(duì)全文的內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)。因此人們長(zhǎng)期以來，一直在尋找一種不用電刷和換向器的直流電機(jī)。電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展也帶動(dòng)著功率集成電路P／C(分為高壓集成電路(HVIC) 和智能集成電路(SPI))的進(jìn)一步發(fā)展和普及，為逆變器實(shí)現(xiàn)智能化，高頻化，小型化等創(chuàng)造了有利的條件，這些都為直流無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路的提高開辟了新的方向。正因?yàn)锽LDCM 既具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、低噪音、重量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而直流無(wú)刷電機(jī)的應(yīng)用范圍不再局限于傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域，在當(dāng)令國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)輸出功率相同時(shí)，無(wú)刷直流電機(jī)所需要的整流器利逆變器容量小，因此自身體積也小，更適合于空間有限的場(chǎng)合。早在1917年，Boliger就提出了用整流管代替有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器，從而誕生了無(wú)刷直流電機(jī)的基本思想。其工作原理是：當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在信號(hào)繞組中感應(yīng)出周期性的信號(hào)電勢(shì)，此信號(hào)電勢(shì)分別使晶體管輪流導(dǎo)通，這樣就使功率繞組輪流饋電，即實(shí)現(xiàn)了換流。隨著大功率半導(dǎo)體器件、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展以及高性能永磁材料的不斷出現(xiàn)，如今的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)成為直流電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)元件、控制軟件與硬件于一體的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，體現(xiàn)了當(dāng)今工程科學(xué)領(lǐng)域的許多最新成果。PID 控制具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易整定的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。這種算法消除了一般 PID 控制器算法中的飽和現(xiàn)象，使電機(jī)調(diào)速穩(wěn)定，并具有快速跟隨性， 同時(shí)也使電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。所以，智能控制已經(jīng)成為國(guó)外研究的重要方向。由于取消了霍爾元件等位置傳感器，保證此類電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行成了關(guān)鍵問題。第一章概述了直流無(wú)刷電機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中的背景和當(dāng)今發(fā)展的現(xiàn)狀。分析了PID控制的仿真結(jié)果，驗(yàn)證了雙閉環(huán)控制的優(yōu)越性和可行性。圖21是三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)星形連接全橋驅(qū)動(dòng)時(shí)的電路原理圖，采用兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)工作方式，在電機(jī)運(yùn)行過程中，霍爾位置傳感器不斷檢測(cè)電機(jī)當(dāng)前位置，控制器根據(jù)當(dāng)前位置信息來判斷下一個(gè)電子換向器的導(dǎo)通時(shí)序。 期間，功率開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)為 ANB，此時(shí)V1 、V4 導(dǎo)通，在60176。圖圖2l 三相直流電機(jī)星形連接全橋驅(qū)動(dòng)電路AvuBCXZH 1H 2A N CB N CB N AC N AC N BA N B旋轉(zhuǎn)方向W yH 3圖22 電子換向器的工作原理表21 霍爾位置信號(hào)與換相的關(guān)系+V1V2 V3V4 V5V6ABC河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書當(dāng)前位置（H1，H2，H3） 下一位置導(dǎo)通相001 BNC011 BNA010 CNA110 CNB100 ANB101 ANC當(dāng)前位置（H3，H2， H1） 下一位置導(dǎo)通相001 BNC011 BNA010 CNA110 CNB100 ANB101 ANC表22 三相星形連接全橋驅(qū)動(dòng)的通電規(guī)律河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 BLDC系統(tǒng)模型的建立設(shè)計(jì)框圖如圖23所示。把這些功能模塊和s函數(shù)相結(jié)合，在matlab／simulink 中搭建出BLDC控制系統(tǒng)的仿真模型，并實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)的控制算法。如在設(shè)計(jì)過程中使用 matlab 中的 simuLink 實(shí)用工具來輔助設(shè)計(jì)，由于它可以構(gòu)建被控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型