【導讀】2基于Matlab直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真模型設(shè)計???????民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域以及人們的日常生活中。電機主要類型主要有同步電。動機、異步電動機與直流電動機三種。直流電動機運行效率高、調(diào)速性。但普通的直流電動機由于需要機械換相和電刷，可靠性。在控制系統(tǒng)中的進一步應(yīng)用。當代閥門控制領(lǐng)域占據(jù)了主導地位。動和參數(shù)變化，以便考察系統(tǒng)在不同情況下的動、靜態(tài)特性。此仿真模型主要分為直流無刷電機本體模塊、逆變器仿。真模塊、譯碼電路模塊和PWM波產(chǎn)生模塊組成。本文詳細介紹了各模塊

　　

【正文】 降沿調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制波。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 39 圖 PWM 脈沖調(diào)制波原理圖與波形圖 （ 2） 仿真模型 根據(jù)數(shù)學模型，假設(shè) C 為占空比，采用 Simulink 自帶鋸齒波發(fā)生器， 經(jīng)過一比較器后輸出。下圖 即為仿真模型： 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 40 圖 PWM 波形仿真模塊 （ 3）模塊檢測 為檢測 PWM 波形發(fā)生模塊，本文通過改變其輸入占空比，來觀察輸 出PWM 波形的變化。 下圖 所示為占空比為 是的輸入輸出波形： 圖 PWM 波形仿真模塊輸入輸出波形 圖中鋸齒波為鋸齒波發(fā)生器輸出波形，而方波為占空比為 時的PWM 波形。 下圖 所示為占空比為 是的輸入輸出波形： 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 41 圖 PWM 波形仿真模塊輸入輸出波形 2 對比圖 與圖 ，可觀察出， PWM 波德占空比隨著輸入占空比對應(yīng)比例的的變化而變化。因此， PWM 波形發(fā)生模塊正確。 3 實例仿真 直流無刷電機數(shù)據(jù)設(shè)置 J 表示轉(zhuǎn)子慣量 取 ； fk 表示摩擦系數(shù) 取 ； tK 表示扭矩常量 取 ； P 表示電極對數(shù) 取 2； R 表示線圈電阻 取 ； L 表示線圈電感 取 ； 仿真結(jié)果 本文意圖為驗證，采用霍爾傳感器的直流無刷電機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 42 下圖 為整個仿真模型的仿真圖： 圖 直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真模型 為驗證此仿真模型的正確性 ? 首先，驗證模型是否可以 得到穩(wěn)定正確的霍爾信號： 在 HALL POSITION（即霍爾反饋信號仿真模塊），連接示波器，觀察輸出波形，是否滿足圖 中霍爾信號的規(guī)律。 觀察出的波形如下圖 所示 ： 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 43 圖 霍爾信號波形圖 觀察波形可得出結(jié)論：霍爾信號波形符合圖 中規(guī)律，證明控制系統(tǒng)中進行了換相 ? 接著，從電流的角度觀察模型的正確性。 由公式 可知， 0a b ci i i? ? ? ，因此可通過觀察輸出電流的波形來確認仿真模型是否正確。 在狀態(tài)方程模塊輸出端 ia ib ic 出加入示波器， 并觀察輸出電流波形得到以下圖 。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 44 圖 直流無刷電機線圈電流仿真波形 觀察電流波形，不難看出電流滿足公式 中規(guī)律，即三相線圈中電流滿足規(guī)律。 綜上所述，本文直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真模型成立。 4 結(jié)束語 目前直流無刷電機在國內(nèi)工控市場的知名度不高，普及率較低。許多用戶當變頻器異步電動機滿足不了要求時就盲目直接采用伺服電動機，而很多情況可以用價格低的無刷直流電動機實現(xiàn)。采用伺服電機類似大馬拉小車，不僅控制相對復(fù)雜，而且也是對資源的浪費。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大量能源的消耗加 快了地球溫室化，威脅著人類生存。節(jié)能減排是全球面臨的嚴峻課題，國家發(fā)展改革委員會啟動了《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》，其中的一項就是電機系統(tǒng)節(jié)能工程。 十一五 期間的節(jié)能目標，電機系統(tǒng)運行效率提高 2個百分點，節(jié)電 200億千瓦時。中國各類電動機總?cè)萘考s ，占總耗電量的 60%以上，其中交流電動機占90%，整體運行效率比先進國家低 10%以上。推廣使用高效節(jié)能的直流無刷電機正可謂利國利民。 本文在分析直流無刷電機以及其控制系統(tǒng)的數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，基于Matlab/Simulink 仿真軟件建立了直流無刷電機三相全控 （兩兩通電方式）的仿真，完成了其開環(huán)控制系統(tǒng)的基本功能。其仿真模型的證實為之后實際研發(fā)直流無刷電機控制器打下了理論基礎(chǔ)。但本模型仍有需要改進上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 45 的地方。在 PWM 波產(chǎn)生模塊前可加入 PID 控制器，設(shè)定參照標準速度，將其與系統(tǒng)反饋速度同時輸入 PID 控制器，控制器輸出相應(yīng)占空比，即可實現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度的功能。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 46 參考文獻 [1] 張琛 .直流無刷電動機原理及應(yīng)用 .機械工業(yè)出版社 ,2020 [2] 直流無刷電機的發(fā)展 山社電機株式會社的博客 工控博客 .htm [3] 黃聲 華 .永磁交流伺服系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀［ C］ .微電機工業(yè)“十一五”發(fā)展論壇 .西安微電機研究所 ,2020。 [4] 莫會成 .控制電機發(fā)展及建設(shè)［ J］ .微電機 ,2020 [5] 王正林 .Matlab/Simulink 與控制系統(tǒng)仿真 (第二版 ) .電子工業(yè)出版社， [6] 正田英介（日） .電機電器［ M］ .北京：科學出版社， 2020. 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Atmel. 2020 譯 文 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 48 執(zhí)行機構(gòu)技術(shù)領(lǐng)軍 Profibus 執(zhí)行機構(gòu)控制 執(zhí)行機構(gòu)控制 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 49 ProfibusDP 串行通信是一種控制羅托克執(zhí)行機構(gòu)的理想化通信方式。使用 ProfibusDP的網(wǎng)絡(luò)為執(zhí)行機構(gòu)的連接提供高性價比的方式 ， 無論在什么位置都可以行之有效的與中央集控系統(tǒng)連接。 ProfibusDP 串行通信可運行在一定通信速率范圍內(nèi)，并且為控制執(zhí)行機構(gòu)提供控制機制，以及閥門位置的反饋數(shù)據(jù)。 最新的羅托克 ProfibusDP選配卡支持標準的 DPV0周期數(shù)據(jù)交換和 DPV1非周期數(shù)據(jù)交換，用于診斷，建立和歷史數(shù)據(jù)回溯。 EDD文件用來支持最新的西門子 PDM組態(tài)軟件在配 置中的使用，而 DTM文件支持最新非專利 FDT組態(tài) 軟件的使用。標準 GSD文件支持所有復(fù)雜的系統(tǒng)，包括基礎(chǔ)的和正在建造的系統(tǒng)。 圖一 羅托克 Profibus DPV1模塊 ? 國際開放標準 IEC61158/EN5170 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 50 ? 適合 RS485P Profibus DP總線 ? 兼容 DPV0周期和 DPV1非周期數(shù)據(jù) ? 高度可靠的標準化通信 ? 兼容羅托克 IQ,IQT和 Q系列電子執(zhí)行機構(gòu) ? 低成本安裝維護，靈活的高控制系統(tǒng) ? 數(shù)據(jù)傳輸范圍 9600波特 ~ ? 支持簡單雙通道冗余 ? 支持 RedCom冗 余 ? 支持 PDM和 FDT軟件 ? 可用的 GSD,EDD和 DTM設(shè)備描述文件 ? 設(shè)備的三個版本：帶模擬信號輸入的單通道通訊， ? 簡單雙通道通訊和兼容 RedCom的雙通道通訊 想要了解更多關(guān)于 Profibus的信息請訪問網(wǎng)站 和三菱等領(lǐng)先技術(shù) PLC廠家。 羅托克 Profibus DPV1 模塊 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 51 Profibus模塊被安裝在執(zhí)行機構(gòu)的機殼里面 ， 接口直接和執(zhí)行機構(gòu)電路連接。一旦被安裝，所有通用指令與啟動執(zhí)行機構(gòu)的信號反饋和一些歷史數(shù)據(jù)一起，都在 Profibus DP， RS485高速總線中可利用 。 具備一些關(guān)于系統(tǒng)變量和執(zhí)行機構(gòu)性能的用戶設(shè)置，例如執(zhí)行機構(gòu)的從屬地址。這些不僅僅通過使用紅外通訊器連接到 IQ和 IQT執(zhí)行機構(gòu)，還通過適合的工具通過網(wǎng)絡(luò)組態(tài)相應(yīng)的寄存器。在 Profibus運行時， GSD文件就可以通過簡單的文本編輯器來進行編輯從而修改內(nèi)部參數(shù)。 所有的設(shè)置都將被保存在非易失性的 EEPROM記憶卡里。 圖二 雙通道 Profibus 模塊 Profibus DP 高速通信總線 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 基于 Matlab 的直流無刷電機控制系統(tǒng)仿真 52 圖三 Profibus DP 模塊作為一從屬設(shè)備，它支持 PLC使用 VO通信模式進行周期性數(shù)據(jù)通