【導(dǎo)讀】刷直流電機的整體控制系統(tǒng)方案。在Matlab/Simulink仿真下，建立了獨立的功。能模塊，這些模塊包括無刷直流電機的總體模塊。速度跟蹤控制模塊、電流滯環(huán)。比較控制模塊、轉(zhuǎn)子位置跟蹤計算模塊等，再將各個功能模塊進(jìn)行有機的結(jié)合，搭建了基于MATLAB/Simulink無刷直流電機系統(tǒng)的仿真模型。計的無刷直流電機控制方案經(jīng)理論分析，仿真證明是可行的。同時，論文中提出

　　

【正文】 始出現(xiàn)，它 是矩陣實驗室（ Matrix Laboratory）的 英文 簡稱，是美國 MathWorks 公司 開發(fā) 出品的 ， 到目前已經(jīng)發(fā)展了快 30 年了，MATLAB 可以 用 在 算法 原理設(shè)計與 開發(fā)、數(shù)據(jù) 采集和處理 可視化、數(shù)據(jù) 傳送和 分析以及 科學(xué) 數(shù)值計算 上應(yīng)用，其中，它有仿真和鏈接兩個重要功能， MATLAB特點如下： MATLAB 最主要的特點可以慨括如下： (1)具有優(yōu)秀的友好的工作運行平臺與程序編寫的環(huán)境； (2)具有簡單易懂且易用的，符合人們思維的程序語言； (3)具有強大的矩陣科學(xué)計算功能和強大的數(shù)據(jù)處理能力； (4)具有優(yōu)秀的圖形顯示和處理功能； (5)具有應(yīng)用廣泛的，各個專業(yè)模塊集合的工具箱 simulink； (6)具有與其它程序接口的能力和處理發(fā)布平臺的能力； (7)具有應(yīng)用軟件的設(shè)計和開發(fā)能力，與 C 語言兼容的能力。 BLDCM 各模塊的建立 BLDC 無刷直流電機的 建模仿真系統(tǒng)采用 了 雙閉環(huán)控制方案：轉(zhuǎn)速環(huán) 是給定轉(zhuǎn)速和實測轉(zhuǎn)速相加減后 由 PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出 ，電流環(huán) 轉(zhuǎn)速外環(huán)輸出值與實際電流相比較后根據(jù)誤差值控制電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器 。根據(jù) MATLAB 模塊化 數(shù)學(xué)模型建立 的思想，將 整個仿真模型分為控制系統(tǒng)和主電路，整個 控制系統(tǒng) 又可以 分割為各個功能 相互 獨立的子模塊， 最后 搭建出 無刷直流電機 BLDCM 整個 控制系統(tǒng)的仿真模型，并 且利用轉(zhuǎn)速外環(huán) +電流內(nèi)環(huán) 實現(xiàn)雙閉環(huán)的控制 策略， 各 個 功能 子模塊 的作用與結(jié)構(gòu) 原理可以 簡述如下。 電流滯環(huán) 比較 控制模塊 電流控制 比較 模塊如圖 41所示。電流滯環(huán)控制 比較 模塊的作用是實現(xiàn) 電流跟蹤給定電流的控制方法 ，輸入為三相參考電流 ，整個三相電流為外環(huán)控制輸出的，將 三相實際電流， 做差，然后將差輸送到滯環(huán)比較器中， 輸出為逆變器控制信號選擇適當(dāng)?shù)臏h(huán)環(huán)寬，即可使實際電流不斷跟蹤參考電流的波形，實現(xiàn)電流閉環(huán)控制。 圖 41 電流控制模塊 速度控制模塊 原理 速度控制模塊 原理圖在 如圖 42中可以提現(xiàn) 。 我們可以事先給定一個速度初值，給定的速度初值 與 實際測得的 速度反饋信號比較后， 將差值 送入 速度環(huán)的PI 控制器； PI 控制器將 輸出 的值 與 實際測得 電流反饋信號比較后， 接著 送入電流 PI 調(diào)節(jié)器 ，接下里就是滯環(huán)比較部分和逆變器驅(qū)動部分 。 圖 42 速度控制模塊 原理 i c*3O u t 32O u t 21O u t 1R e l a y2R e l a y1R e l a y65ic4i b *3ib2ia1i a *1O u t 1S a t u r a t i o n1sI n t e g r a t o r1G a i n 110G a i n1I n 1 轉(zhuǎn)矩計算模塊 原理 電機的轉(zhuǎn)矩和 轉(zhuǎn)速 的測量模塊可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型計算出來，根據(jù) 電機輸出的三相 實際 電流和反電動勢 的大小以及斜率 ， 可以測量電機輸出的 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速， 從而可以 建立 如 圖 43 所示的轉(zhuǎn)矩測量模塊 計算模塊 。 圖 43 轉(zhuǎn)矩測量模塊 原理 以及轉(zhuǎn)速的計算 原理圖 無刷直流電機仿真波形 無刷直流電機仿真模型 如圖 44 和圖 45 為無刷直流電機在 MATLAB/Simulink 中的仿真模型圖，圖44 為直流電機內(nèi)部圖，由整流電路、逆變電路、速度外環(huán)控制器、電流內(nèi)環(huán)控制器、速度反饋環(huán)節(jié)組成。圖 45 由外部交流電源以及示波器構(gòu)成。 圖 44 無刷直流電機整體仿真模型 內(nèi)部 圖 3O u t 32O u t 21O u t 1P r o d u ct 3P r o d u ct 2P r o d u ct 1P r o d u ct1sI n t e g r a t o r 11sI n t e g r a t o r1G a i n7I n 76I n 65I n 54I n 43I n 32I n 21I n 1 圖 45 無刷直流電機仿真外部圖 無刷直流電機仿真波形 如圖 46 所示為無刷直流電機正轉(zhuǎn)時的仿真波形。圖 46（ a）為定子側(cè)三相電流；（ b）為 A 相電流，從圖中可以看出來，三相電流為方波；（ c）給出了轉(zhuǎn)速曲線的整體圖和放大圖，可以看出來實際電機的轉(zhuǎn)速很好的跟蹤參考給定值；（ d）為電機的轉(zhuǎn)矩曲線，可以看出來電機一般都是處于恒轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，這為電機的啟動帶來很大的好處，啟動速度快，跟蹤精度好，動態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)定性能好。 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 00100 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 00100 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 801002003004000 . 2 4 0 . 2 6 0 . 2 8 0 . 3 0 . 3 2 0 . 3 4 0 . 3 62402602803003200 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 001020無刷直流電機三相電流 )( aA/abcist /st /相電流無刷直流電機 A )( bA/aist /無刷直流電機轉(zhuǎn)速曲線 )( cmin//rnmin//rnmNT?/st /無刷直流電機轉(zhuǎn)矩曲線 )( d給定轉(zhuǎn)速實際轉(zhuǎn)速 圖 46 無刷直流電機正轉(zhuǎn)仿真曲線 圖 47 為無刷直流電機正反轉(zhuǎn)時的仿真波形。圖 47（ a）為定子側(cè)三相電流；（ b）為 A 相電流，從圖中可以看出來，三相電流為方波；（ c）為電機正轉(zhuǎn)在300r/min 時在 1s 的時候使得其轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)到 300r/min，圖說明了無刷直流電機具有很好的跟蹤性能；（ d）為無刷直流電機的轉(zhuǎn)矩曲線，這說明了無刷直流電機具有恒轉(zhuǎn)矩運行特性。 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 4 0 0 2 0 00200400無刷直流電機三相電流 )( aA/abcist /st /相電流無刷直流電機 A )( bA/aist /無刷直流電機轉(zhuǎn)速曲線 )( cmin//rnmNT?/st /無刷直流電機轉(zhuǎn)矩曲線 )( d給定轉(zhuǎn)速實際轉(zhuǎn)速1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 1 5 1 050510151 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 1 5 1 050510151 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 2 0 1 0010203003 00? 圖 47 無刷直流電機正反轉(zhuǎn)仿真波形 第五章 總結(jié)與展望 總結(jié) 文章首先介紹了無刷直流電機的發(fā)展現(xiàn)狀，分析無刷直流電機的發(fā)展趨勢，介紹了無刷直流電機的應(yīng)用場合，建立了無刷直流電機的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計了相應(yīng)的數(shù)字控制系統(tǒng)，最后在 MATLAB 中對所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：本文設(shè)計的控制系統(tǒng)可以使電機輸出的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，具有較好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，滿足實際的應(yīng)用要求。 展望 本文雖然完成了初步的 設(shè)計 工作，但是在很多方面 都還沒有進(jìn)入 深入探索，仍然有很多問題未能得到有效的 解決。由于 控制 系統(tǒng)設(shè)計 的內(nèi)容比較復(fù)雜而且難度也很高、存在著很大的限制，同時 時間 工作量同 樣也受到 限制，本文僅對無刷直流電機的控制系統(tǒng) 簡單的 進(jìn)行了一些 最為 基本的 應(yīng)用研究。由于 個人能力 的 有限、 并且 實踐經(jīng)驗缺乏 嚴(yán)重 ，在 實際設(shè)計 工作中也在所難免 不當(dāng)之處 。 這些都是本人以后 繼續(xù) 研究的方向 。 致 謝 經(jīng)過 近 半年 努力 忙碌 的 工作， 畢業(yè)設(shè)計已經(jīng) 逐漸 接近尾聲 了。在論文開始時，由于 實際 設(shè)計 經(jīng)驗 嚴(yán)重的 匱乏， 肯定 難免有許多考慮 不到，甚至是錯誤 的地方，但是 如果沒有導(dǎo)師 ***老師的認(rèn)真指導(dǎo)和 一起 學(xué)習(xí)的 同學(xué)們 支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 首先，需要 感謝我的導(dǎo)師 ***老師 ，他 嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致 的求學(xué)態(tài)度 、一絲不茍的 工作 作風(fēng) ，為我們學(xué)生樹立了良好的 榜樣； 老師對待學(xué)生的認(rèn)真態(tài)度讓我終生受益。 其次， 感謝大學(xué)四年來所有 為我們學(xué)習(xí)付出心血 的老師 們 ，這些老師 不僅 知識淵博 和 閱歷豐富， 而且 講課獨具風(fēng)格 ， 在一定程度上 為我們打 了 下 堅實的 專業(yè)基礎(chǔ)知識 。 再次， 感謝我的室友們 和同學(xué)們 ，是你們 讓我感受到了兄弟間的溫暖， 和我共同維系著 兄弟姐妹之間的感情， 維系著 那份屬于我們大家庭 的融洽。 最后， 感謝我的爸爸媽媽，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。 感謝理工學(xué)院四年來對我的大力培養(yǎng) 參考文獻(xiàn) [1] 張曼若 .無刷直流機的發(fā)展與應(yīng)用［ J］ .微電機 ,1995,28（ 1）： 23～ 25. 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