【正文】 2)、(43)可以整理為：u = Ri + e + L + u （44）aa?dtianu = Ri + e + L + u （45）bb?tibn河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書u = Ri + e + L + u （46）cc?dti整理成矩陣形式為： = + (47)??????CBAu???R 0 ???CBAii ?????L0電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程為： T = （e i +e i +e i ）/ (48)ABC?r電機(jī)的運動方程： = （T －T B ）/ J (49) dtr?eLr式(48) 、（49）中，T ：為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；eT ：為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；L:為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；?rJ：為轉(zhuǎn)子和負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量；B:為阻力系數(shù)。BLDC氣隙磁場感應(yīng)的反電動勢和相電流之間的關(guān)系，如圖43所示。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書本文以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，分析BLDC的數(shù)學(xué)模型及電磁轉(zhuǎn)矩等特性。則根據(jù)BLDC特性，可建立其電壓、轉(zhuǎn)矩、狀態(tài)方程以及等效的BLDC電路。）?dt由電機(jī)的結(jié)構(gòu)決定，在360176。abcabcbacacbabc由于三相對稱的電機(jī)中，i + i + i =0，以及M + M =－M ，則式iicia（1）可改寫為：= + P + (411)??????cbau???cbR0???baii????L0???cbaii???e 轉(zhuǎn)矩方程BLDC的電磁轉(zhuǎn)矩方程可表示為：T = (412)e?cbaiei?其中， 為BLDC的角速度（ ）。mJ為電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣 (kgm)。RRRL ML ML Muaubuciaibic圖44 永磁無刷直流電機(jī)等效電路圖 BLDCM本體模塊在整個系統(tǒng)的仿真模型中，BLDCM本體模塊是最重要的部分，該模塊根據(jù)BLDC電壓方程式(2) 求取BLDC三相相電流。而BLDC建模過程中，梯形波反電動勢的求取方法一直是較難解決的問題，反電動勢波形不理想會造成轉(zhuǎn)矩脈動增大、相電流波形不理想等問題，嚴(yán)重時會導(dǎo)致?lián)Q向失敗，電機(jī)失控。目前求取反電動勢較常用的三種方法為：(1) 有限元法，應(yīng)用有限元法求得的反電動勢脈動小，精度高，但方法復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)、不易推廣。(3)分段線性法，如圖49所示，將一個運行周期0360176。為一個換相階段，每一相的每一個運行階段都可用一段直線進(jìn)行表示，根據(jù)某一時刻的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信號，確定該時刻各相所處的運行狀態(tài)，通過直線方程即可求得反電動勢波形。因河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書而，本文采用分段線性法建立梯形波反電動勢波形。規(guī)律變化到負(fù)的最大值Em。據(jù)此規(guī)律，可 n r e fnI sI sP o sI _ a rI _ aI _ b rI _ bI _ c rI _ cP u l s eP u l s e+ABC+++ K ++++U aU bU cT LI aI bP o sI ce ae be cT h e t awT e K +++ K R e f e r e n c es p e e dS p e e d c o n t r o l l e rR e f e r e n c eC u r r e n tI G B T I n v e r t e rC u r r e n tc o n t r o l l e rG a i nG a i n 1G a i n 2P u l s eG e n e r a t o rB L D Cm o dS F u n c t i o nieD i s c r e t eT s = 0 . 0 0 0 1 snI aI bI ce ae be cT eT en圖45 matIab/simulink中BLDC 仿真建模整體控制框河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書45e m f456+++ K K K 1 / S1 / S1 / S123RRRWP o sS F u n c t i o ne ce be a123U aU cU bI cI bI aI n t e g r a t o r 1I n t e g r a t o r 2I n t e g r a t o r 3G a i nG a i n 1G a i n 2G a i n 3G a i n 4G a i n 5U aU bU cWP o sI aI bI ce ae be cB L D C M圖46 BLDCM本體模塊結(jié)構(gòu)框圖及其封裝以推得轉(zhuǎn)子位置和反電動勢之間的線性關(guān)系，如表1所示，從而采用分段線性法，解決了在BLDC本體模塊中梯形波反電動勢的求取問題。圖48表示的是滯環(huán)型PWM逆變器的工作原理。反之，當(dāng)給定電流值與反饋電流值的瞬時值之差達(dá)到滯環(huán)寬度負(fù)邊緣時，逆變器的開關(guān)管VTl關(guān)斷，開關(guān)管VT4導(dǎo)通，電動機(jī)接通直流母線的負(fù)端，電流開始下降。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。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(shè)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。控制模塊的結(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。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)。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)過的電角度來求反電動勢，用s函數(shù)編寫。如圖4－11所示：142536 +++247。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(dāng)于直流電動機(jī)的一個機(jī)械換向器，還同時兼有PWM電流調(diào)節(jié)器功能。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)。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。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(jìn)行了BLDC 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真。m ，阻尼系數(shù)B =s／rad ，額定轉(zhuǎn)速n =1000r／min，極對2數(shù)p =l ， 220V直流電源供電。35內(nèi)，采樣周期T=。m，在t=撤去負(fù)載。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(yīng)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14中，突加負(fù)載后，負(fù)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。圖414 轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線圖415 轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線圖417 電流I ，I ，I 波形abc河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(jī)數(shù)學(xué)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(jī)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(jìn)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。因此，它為分析和設(shè)計無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)提供了有效手段和工具，也為實際電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試提供了新的思路。本設(shè)計以一臺小型直流無刷電動機(jī)控制系統(tǒng)為研究對象，對直流無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了較為深入的研究。然后推導(dǎo)了直流無刷電動機(jī)的主要公式，建立了其數(shù)學(xué)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。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(qiáng)等一系列優(yōu)點。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)。囡此如何在低速情況下精確檢測直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置是今后的一個研究方向。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書致謝本文主要闡述了直流電動機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，我對直流電動機(jī)閉環(huán)控制產(chǎn)生了濃厚的興趣。當(dāng)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(dá)終點的欣喜，而是源自心底的誠摯謝意。劉老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)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。再次由衷感謝答辯組的各位老師對學(xué)生的指導(dǎo)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