【正文】 開關(guān)管VTl導通，開關(guān)管VT4關(guān)斷，電動機接通直流母線的正端，電流開始上升。反之，當給定電流值與反饋電流值的瞬時值之差達到滯環(huán)寬度負邊緣時，逆變器的開關(guān)管VTl關(guān)斷，開關(guān)管VT4導通，電動機接通直流母線的負端，電流開始下降。選擇適當?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。模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖49所示，輸入為三相參考電流和三相實際電流，輸出為PWM逆變器控制信號。表41中： k為反電動勢系數(shù)(V／ (r／min)) ，Pos 為電角度信號 (rad)，w為轉(zhuǎn)速信號(rad／s)。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書表41 轉(zhuǎn)子位置和反電動勢之間的線性關(guān)系表轉(zhuǎn)子位置 Ea Eb Ec0～ 3?k*w ﹣k*w k*w*((－Pos)/( )+1)6?～ 2k*w k*w*(( Pos－ 5* )/( )3?61)﹣k*w～32?k*w*((2* －Pos)3?/( )+1)6k*w ﹣k*w～ 4﹣k*w k*w k*w*(( Pos－ )/(?)1)6～34?5﹣k*w k*w*((4* －Pos)3?/( )+1) －k*w6k*w～235?k*w*(( Pos－ 5* )/( )3?61)﹣k*w k*w河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書給定正弦波發(fā)生器+驅(qū)動電路電流檢測H B 設定i *iV T1V T2電流滯環(huán)控制器定子電流(a) 滯環(huán)電流跟蹤型PWM逆變器單項結(jié)構(gòu)示意圖H Bii *a xa x00(b) 滯環(huán)電流跟蹤型PWM逆變器輸出電流電壓波形圖48 滯環(huán)電流跟蹤型PWM逆變器的工作原理12++34+55b o o l e a nN O T d o u b l eb o o l e a n N O T d o u b l eb o o l e a n N O T d o u b l e1I a rI aI b rI bI c rI cP u l s eR e l a yR e l a y 1R e l a y2P u l s eC u r r e n tc o n t r o l l e rI a rI aI b rI bI c rI c圖49 電流滯環(huán)控制模塊結(jié)構(gòu)框圖及其封裝 速度控制模塊速度調(diào)節(jié)采用離散PID算法，以獲得最佳的動態(tài)效果。速度為積分的參數(shù)，河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書Kd為微分的參數(shù)?？刂颇K的結(jié)構(gòu)較為簡單，如圖 410所示，單輸入：參考轉(zhuǎn)速(n_ref)和實際轉(zhuǎn)速 (n)的差值，單輸出：三相參考相電流的幅值Is。其中，Kp為PID控制器中比例的參數(shù)，Ki為積分的參數(shù)，Kd為微分的參數(shù)。Saturation 飽和限幅模塊將輸出的三相參考相電流的幅值限定在要求范圍內(nèi)。11K T s— —Z 12 z 1T s + 2 * T c D . z + T s 2 * T c D+++K dK pK iE r r o r(a) 離散PID 控制器11+P I D 1n r e fnI sn r e fnD i s c r e d eP I D C o n t r o l l e rI s(b) 速度控制模塊圖410 速度控制模塊結(jié)構(gòu)框圖及其封裝 參考電流模塊參考電流模塊的作用是根據(jù)電流幅值信號Is和位置信號給出三相參考電流，輸出的三相參考電流直接輸入電流滯環(huán)控制模塊，用于與實際電流比較進行電流滯環(huán)控制,轉(zhuǎn)子位置和三相參考電流之間的對應關(guān)系如表42所示，參考電流模塊的這一功能可通過s函數(shù)編程實現(xiàn)。根據(jù)電機轉(zhuǎn)過的電角度來求反電動勢，用s函數(shù)編寫。k = (415)eA?????????????36030621518003ss ssss????河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書表42 轉(zhuǎn)子位置和三相參考電流之間的對應關(guān)系表轉(zhuǎn)子位置 I_ar I_br I_cr0～ 3?Is －Is 0～ 2Is 0 －Is～ 0 Is －Is～?34－Is Is 0～ 5－Is 0 Is～2 0 －Is Is 轉(zhuǎn)矩計算模塊根據(jù)BLDC數(shù)學模型中的電磁轉(zhuǎn)矩方程式(3)，可以建立圖412所示的轉(zhuǎn)矩計算模塊，模塊輸入為三相相電流與三相反電動勢，通過加、乘模塊即可求得電磁轉(zhuǎn)矩信號Te。如圖4－11所示：142536 +++247。17I aI bI ce ae be cwT eI aI bI ce ae be cP r o d u c tWD i v i d eT ez h u a n j uP r o d u c t 1P r o d u c t 2圖411 轉(zhuǎn)矩計算模塊結(jié)構(gòu)框圖及其封裝河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 轉(zhuǎn)速計算模塊根據(jù)運動方程式(4)，由電磁轉(zhuǎn)矩、負載轉(zhuǎn)矩以及摩擦轉(zhuǎn)矩，通過加乘、積分環(huán)節(jié)，即可得到轉(zhuǎn)速信號，求得的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過積分就可得到電機位置信號。如圖412 所示:12+ K s1s112T e T h e t aT LWz h u a n s uT h e t aWI n t e g r a t o r 1I n t e g r a t o r BB1 / J圖412 轉(zhuǎn)速計算模塊結(jié)構(gòu)框圖及其封裝 電壓逆變器模塊逆變器對BLDC來說，首先是功率變換裝置，也就是電子換向器，每一個橋臂上的一個功率器件相當于直流電動機的一個機械換向器，還同時兼有PWM電流調(diào)節(jié)器功能。對逆變器的建模，本文采用 simulink的SimPowerSystem工具箱提供的三相全橋IGBT模塊。由于在matlab新版本(如matlab7．0)中SimPowerSystem工具箱和 simulink工具箱不是隨便可以相連的，中間必須加上受控電壓源(或者受控電壓源、電壓表、電流表)。本文給IGBT的A、B、C三相加三個電壓表，輸出的simulink信號可以與BLDC直接連接，如圖413所示。逆變器根據(jù)電流控制模塊所控制PWM信號，順序?qū)ê完P(guān)斷，產(chǎn)生方波電流輸出。然后，對電壓你便起進行封裝。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書1?2?+gABC+V+V+V123P u l se+ABCI G B T I n v e r t e rV o l t a g e M e a s u r e m e n tV o l t a g e M e a s u r e m e n t 1V o l t a g e M e a s u r e m e n t 2U n v e r s a i B r i d g e1P u l s eABC圖413 電壓逆變器模塊結(jié)構(gòu)框圖及其封裝 仿真結(jié)果本文基于matlab／simulink建立了BLDC控制系統(tǒng)的仿真模型，并對該模型進行了BLDC 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真。仿真中，BLDC電機參數(shù)設置為：定子相繞組電阻R=l ，定子相繞組自感L= ，互感 M =－ ，轉(zhuǎn)動慣量J ?=m ，阻尼系數(shù)B =ms／rad ，額定轉(zhuǎn)速n =1000r／min，極對2數(shù)p =l ， 220V直流電源供電。離散PID控制器三個參數(shù)Kp=5， Ki=，Kd=，飽和限幅模塊幅值限定在177。35內(nèi)，采樣周期T=。為了驗證所設計的BLDC控制系統(tǒng)仿真模型的靜、動態(tài)性能，系統(tǒng)空載起動，待進入穩(wěn)態(tài)后，在t==5Nm，在t=撤去負載?？傻玫较到y(tǒng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、三相電流和三相反電動勢仿真曲線如圖14～17所示。由仿真波形可以看出，在，n =1000r／min的參考轉(zhuǎn)速下，系統(tǒng)響應快速且平穩(wěn)，相電流和反電動勢波形較為理想。仿真波形圖115表明：起動階段系統(tǒng)保持轉(zhuǎn)矩恒定，因而沒有造成較大的轉(zhuǎn)矩和相電流沖擊，參考電流的限幅作用十分有效；空載穩(wěn)速運行時，忽略系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩，因而此時的電磁轉(zhuǎn)矩均值為零；在t=，轉(zhuǎn)速發(fā)生突降，但又能迅速恢復到平衡狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)運行時無靜差。仿真波形圖14中，突加負載后，負載轉(zhuǎn)矩有較大的脈動，這主要是由電流換向和電流滯環(huán)控制器的頻繁切換造成的。本系統(tǒng)經(jīng)過硬件試驗，其結(jié)果與仿真波形一致，證明了本文所提出的這種新型BLDC仿河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書真建模方法的有效性及控制系統(tǒng)的合理性。圖414 轉(zhuǎn)速響應曲線圖415 轉(zhuǎn)矩響應曲線圖417 電流I ，I ，I 波形abc河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書圖418 反電動勢E ，E ，E 波形abc 本章小結(jié)本文在分析無刷直流電機數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，提出一種新型的基于matlabBLDC控制系統(tǒng)仿真建模的方法，將該方法在Simulink環(huán)境下結(jié)合S 函數(shù)構(gòu)建了無刷直流電機仿真模型，采用經(jīng)典的速度、電流雙閉環(huán)控制方法對該建模方法進行了測試，仿真和試驗結(jié)果表明：波形符合理論分析，系統(tǒng)能平穩(wěn)運行，具有較好的靜、動態(tài)特性。采用該BLDC仿真模型，可以十分便捷地實現(xiàn)、驗證控制算法，改換或改進控制策略也十分簡單，只需對部分功能模塊進行替換或修改，而Simulink 可以非常直接地構(gòu)造控制系統(tǒng)并觀察其結(jié)果，同時，該模型提供的各仿真模塊具有通用性。因此，它為分析和設計無刷直流電機控制系統(tǒng)提供了有效手段和工具，也為實際電機控制系統(tǒng)的設計和調(diào)試提供了新的思路。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書5 結(jié)論與展望直流無刷電機相對有刷電機而言，具有無可比擬的優(yōu)點，因此在業(yè)上獲得了廣泛的應用。本設計以一臺小型直流無刷電動機控制系統(tǒng)為研究對象，對直流無刷電機調(diào)速系統(tǒng)進行了較為深入的研究。主要做了以下幾個方面的工作：(1)總結(jié)了直流無刷電機轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的各種原因，以及針對每一種原因引起的轉(zhuǎn)矩脈動所提出的解決方法。然后推導了直流無刷電動機的主要公式，建立了其數(shù)學模型，在分析了其調(diào)速原理之后確定了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)、控制策略等。(2)基于Matlab／Simulink 建立了無刷直流電動機控制系統(tǒng)的仿真模型。為提高調(diào)速系統(tǒng)的靜動態(tài)特性，轉(zhuǎn)速環(huán)采用了PID控制器，具有轉(zhuǎn)矩脈動小，系統(tǒng)抗干擾能力強等一系列優(yōu)點。然后通過對各模型參數(shù)的確定得到了理想的仿真結(jié)果，證胡了控制策略設計的正確性和有效性。本文完成了整個控制系統(tǒng)的理論分析和仿真部分研究，以及初步建立了試驗系統(tǒng)。以后的研究工作主要應從以下幾個方面進行：(1)無位置傳感器調(diào)速系統(tǒng)是直流無刷電機一個必然的趨勢，低速時采用感應電勢法檢測其轉(zhuǎn)子位置存在盲區(qū)。囡此如何在低速情況下精確檢測直流無刷電機轉(zhuǎn)子位置是今后的一個研究方向。(2)以PID 為核心的控制器具有明顯的優(yōu)勢，其控制器不但可以應用于直流無刷電動車，而且還可以應用到其他類型的電動機上等。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書致謝本文主要闡述了直流電動機閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計與仿真，我對直流電動機閉環(huán)控制產(chǎn)生了濃厚的興趣。本論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個人智慧的產(chǎn)品，沒有導師的指引和幫助，沒有父母和朋友的幫助和支持，我在大學的學術(shù)成長肯定會大打折扣。當我打完畢業(yè)論文的最后一個字符，涌上心頭的不是長途跋涉后抵達終點的欣喜，而是源自心底的誠摯謝意。我首先要感謝我的導師劉海波老師，對我的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進行多次指導和悉心指點，劉老師多次詢問進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。劉老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給以終生受益無窮之道。對劉老師的感激之情是無法用言語表達的，使我在完成論文的同時也深受啟發(fā)和教育。再次由衷感謝答辯組的各位老師對學生的指導和教誨，我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報母校的培育之情，爭取使自己的人生對社會產(chǎn)生些許積極的價值。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書參考文獻[1]王忠禮，段慧達，：清華大學出版社 .[2]李華德，李擎，：機械工業(yè)出版社.[3]：[4]：湖南大學電機與電路專業(yè)，[5](第3版). 北京：[6]（第3版）.北京：[7]湯蘊璆，：[8]：中國電力出版社 .[9]王兆安，：[10]：[11]吳麒，王詩宓 .：[