【正文】 專利被提出，標志了現(xiàn)代無刷電動機的真正誕生[1]。1978年，一家聯(lián)邦德國公司研制出無刷直流電動機和它的驅動。此外還具有重量輕、體積小、出力大，其轉矩特性優(yōu)良，有較大的起動轉矩。在使用過程中噪音低，震動小。作為伺服電機和中小功率高性能調速電動機的無刷直流電機越來越廣泛地應用在工業(yè)中，下面就工業(yè)中的一些典型應用進行介紹分析。（3）對于轉速比較低，特別是時常頻繁地正反轉調節(jié)的工作機械，可以采用低速直接驅動來提高生產效率、縮短過渡過程時間、降低噪聲。調速系統(tǒng)分為兩類，一類是開環(huán)調速系統(tǒng)，另一類是閉環(huán)調速系統(tǒng)（一般情況下在閉環(huán)時是用交直流等速度反饋器件）。伺服電機在工業(yè)自動化領域的運動控制中起到了非常重要的作用，對于不同的應用場合，伺服電動機的控制性能要求也是不一樣的，所以在實際使用時，伺服電機有多種不同的控制形式：速度控制和位置控制、轉矩控制/電流控制。隨著永磁材料、大功率開關器件、高性能微處理器的快速發(fā)展，世界上對永磁無刷直流電動機也在不斷研究，主要集中在：控制策略、轉矩脈動、性能仿真、無位置傳感器控制等方面。一般來說大電流所帶來的是管子壓降大，在晶體管的損耗也就多了。正弦波驅動比一般方波驅動在性能上要更加優(yōu)異，而一定精度的位置傳感器在使用正弦波驅動的電動機的時候是必要的，因此可能成本會增加一些，所以這種替換不一定在所有場合下都是能夠行得通的，需要根據(jù)具體情況要求來選擇。在無刷直流電動機中，可以使用四個電阻來采集轉速，位置和轉矩的信息的算法來實現(xiàn)無位置算法。在鐵氧體磁性材料之后，人們又研究出釤鈷合金，這種材料有很好的磁能積數(shù)值，但是價格高昂，而且是戰(zhàn)略所需要控制的物資，所以很難再日常生活生產中推廣這種高性能的永磁合金材料。電機的電樞繞組上的線圈也大大減少，從而節(jié)約了材料，降低了價格。（2）直接轉矩控制[11]直接轉矩控制理論在1985年，由德國學者Depenbrock所提出，該理論是把逆變器與電機看成了一個整體進行考慮，通過使用電壓空間矢量的方法，在定子建立坐標系并進行轉矩、磁通的計算，這樣不需要進行定子電流解耦所需的復雜坐標變換，通過改變磁鏈跟蹤PWM逆變器的開關狀態(tài)就可以直接控制轉矩和磁鏈，從而使對系統(tǒng)的控制更為直接和簡單，并且靜、動態(tài)性能優(yōu)越，因此現(xiàn)在正在引起人們的廣泛關注。通常無位置傳感器檢測電機轉子位置的方法有：反電動勢過零點的檢測方法、反電動勢3次諧波檢測方法、續(xù)流二極管導通檢測方法、固定電壓的檢測方法等。 本課題的研究意義無刷直流電機具有運行效率高、無換向火花、調速效果好、壽命長等優(yōu)點，在許多領域得到了越來越多的應用，例如變速制冷技術、電動汽車的牽引、電機系統(tǒng)，在計算機、工業(yè)機器人等領域也更加廣泛使用。雙閉環(huán)控制可以實現(xiàn)了轉速、電流這兩種負反饋兩者分別作用，并從中獲得良好的靜、動態(tài)性能。本文分為五章：第一章 對無刷直流電機做出了簡介，并且概括了無刷直流電機的特點和在工業(yè)中的應用，此外還對直流電機的控制方法和研究意義做出總結。第五章 結論與展望，對本文進行總結并對本課題的未來提出相關的展望。大家都知道：盡管從電刷向外看直流電動機雖然是直流的，但是從電刷向內看，電樞繞組中的所流過的電流和產生的感應電動勢則不是直流的，而是交變的。因為電刷和換向器能夠相互配合，能夠讓勵磁磁通在空間上一直垂直于電樞磁勢，通過這種方式可以有利于使有效轉矩達到最大值。[13]功率電子開關（逆變器）的作用時：在一定的時刻給電機定子的各相繞組通以大小固定、一定時間長短的直流電流，形成固定的轉矩。（2） 磁敏式位置傳感器磁敏傳感器的原理是利用電流的磁效應來工作的，[14]磁敏式位置檢測器由與電機轉子同極數(shù)且具有與電機同軸安裝的永磁檢測轉子和多只空間均勻分布的磁敏元件所組成的。電角度的方波原始位置信號，其中P為電機極對數(shù)。經(jīng)邏輯電路IC2和整形電路IC1之后，輸出的觸發(fā)信號是六路功率電子開關信號。，功率電子開關（逆變器）分為上橋臂和下橋臂，采用的是標準三相橋式結構，其中流過上橋臂元件、的電流是正的，電磁轉矩為正方向；下橋臂、流過的電流是負的，由于相同極性轉子在永磁磁場的作用，電磁轉矩為反方向。（1）以120176。電角度，由位置檢測傳感器檢測到使邏輯發(fā)生變化，改變了功率電子開關的關斷，從而使合成磁場連續(xù)轉動。因為在每個時刻都會有一上橋臂元件導通使繞組產生正向電流，同時會有一下橋臂元件導通使另一相繞組獲得反向電流，正向電流使某繞組產生正轉矩，反向電流使繞組產生負轉矩，每次轉矩方向轉過60176。導通型差不多，但不一樣的是每個瞬間都有三個功率開關元件導通，其中每個導通180176。為了讓電動機擁有較大的調速范圍，在極對數(shù)P和反電動勢E已經(jīng)確定的情況下，就需要對電樞繞組的匝數(shù)W進行限制。且不計渦流損耗，另外電樞繞組之間互感可以忽略。由，可以改寫為： （22）在電機的運行過程中，[17]電磁轉矩的表達式為：。其中，反電動勢系數(shù)由以下公式計算為：。如（26）給出了n和v的關系 （26）設每相繞組匝數(shù)為，且都有兩根導線。第三章 無刷直流電機雙閉環(huán)控制的原理和設計 ：整個轉速控制系統(tǒng)由主回路，永磁無刷直流電動機（內置位置傳感器、轉速傳感器）及計算機（單片機、DSP等）控制系統(tǒng)組成，其中計算機控制系統(tǒng)包括典型的轉速、電流雙閉環(huán)調節(jié)環(huán)節(jié)，PWM生成器等。（3）轉速、電流雙閉環(huán)調節(jié)環(huán)節(jié)：能夠避免單閉環(huán)的不足之處，起動時可以過載電樞電流達到最大，電流調節(jié)器上電壓也達到最大。（4）PWM生成器：，脈寬和幅值也相同的脈沖信號是由三角載波電壓信號和電流調節(jié)器輸出的電壓信號對比得到的，脈沖信號又控制功率開關管的關斷。轉速反饋量和參考轉速產生偏差，在轉速調節(jié)器調節(jié)之后形成電流參考量。（1）逆變器數(shù)學模型[18]：了解PWM變換器和其調制技術之后。所以電流反饋通道的傳遞函數(shù)為： （33）轉速反饋通道的傳遞函數(shù)為： （34）其中為轉速反饋系數(shù)，為電流反饋系數(shù)，為轉速濾波反饋時間常數(shù)，為電流濾波時間常數(shù)。系統(tǒng)中電流環(huán)采用的是電流滯環(huán)跟蹤PWM控制。反之，當實測電流值大小與參考電流的瞬時差值達到滯環(huán)寬度負邊緣時，電流逐漸下降根據(jù)電流環(huán)的基本作用，在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，我們要求電流環(huán)穩(wěn)態(tài)時沒有靜差，并且在動態(tài)過程中，我們要求電樞電流不能過大，超調不能多，根據(jù)這些要求，電流環(huán)應該采用典型1型系統(tǒng)，電流調節(jié)器設計為PI調節(jié)器，這樣基本可以滿足要求。：將反饋濾波和給定濾波環(huán)節(jié)放在環(huán)里面，考慮到反饋時間常數(shù)和PWM逆變器的等值時間常數(shù)都比小得多，可以當作小慣性環(huán)節(jié)處理，并取，我們希望在穩(wěn)定運行時電機轉速無靜差。其中。176。截止頻率本系統(tǒng)要求電流無超調，可選。把轉速給定濾波環(huán)節(jié)和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內，同時將給定信號改成，再把時間常數(shù)為4和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似看成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)。h345678910%%%%%%%%k32211111h345678910%%%%%%%%，當h=5時，調節(jié)時間最短，動態(tài)跟隨性能適中。在此基礎上對逆變器、電流轉速反饋通道建立了數(shù)學模型，求出了傳遞函數(shù)。第四章 基于MATLAB/SIMULINK無刷直流電機雙閉環(huán)控制的設計1980年，美國博士開發(fā)出了MATLAB語言。由于MATLAB具有輸入便捷、運算效率高、使用方便等特點，并且它的思維方式比較適合科研人員的思維，已經(jīng)成為了科技工程方面常用的軟件。在SIMULINK的平臺上，我們只需要拖動模塊，然后再拉出連接線就可以建立模擬仿真的框圖。在MATLAB2013b的SIMULINK豐富的仿真模塊下，建立了無刷直流電機的轉速電流雙閉環(huán)控制模型。在無刷直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，電機本體模塊最為復雜。，給出了轉矩模塊。其中反電勢模塊的計算里使用了sfunction函數(shù)。eb=k*w。 ec=k*w。elseif pos4*pi/3 ea=k*w。 eb=k*w*((4*pi/3pos)/(pi/6)+1)。ec=k*w。輸入是三相實際電流和三相參考電流，輸出是pwm控制脈沖pos信號。Icr=0。elseif pospi Iar=0。Ibr=Is。Icr=Is。end對于逆變器。觀測中選取A相的波形，下面給出了觀測的各個波形圖：。，紅色線表示的是給定的參考轉速，黑色線表示的是實際轉速。觀測了0到2秒無刷直流電機電磁轉矩的變化情況，可以看到電磁轉矩在起動時比較大。本章開始先簡單介紹了MATLAB/SIMULINK的由來、功能以及特點。在介紹各個模塊搭建及系統(tǒng)框圖構成之后，進行了參數(shù)設定，并在此基礎上進行仿真。在第二章中重點介紹分析了無刷直流電動機的工作原理及其結構，知道了它是由轉子位置檢測器，電機本體，功率開關器件和控制電路所組成。建立模型方程。本文給出了電機具體參數(shù)和轉速控制模塊的具體參數(shù)，得到了仿真結果。雙閉環(huán)控制可以實現(xiàn)了轉速、電流這兩種負反饋兩者分別作用，并從中獲得良好的靜、動態(tài)性能。在關于雙閉環(huán)控制的模塊搭建中，也給我講解了一些模塊的原理