matlab无刷直流电机仿真

基于MATLAB／SIMULINK的无刷直流电动机系统仿真

0 引言

无刷直流电机（Brushless DC Motor，以下简称BLDCM），是随着电力电子技术和永磁材料的发展而逐渐成熟起来的一种新型电机。为了有效的减少控制系统的设计时间，验算各种控制算法，优化整个控制系统，有必要建立BLDCM控制系统仿真模型。本文在BLDCM数学模型的基础上，利用MATLAB的SIMULINK和S-FUNCTION建立BLDCM的仿真模型，并通过仿真结果验证其有效性。

1 无刷直流电机仿真模型

本文在MATLAB的SIMULINK的环境下，利用其丰富的模块库，在分析BLDCM数学模型的基础上，建立BLDCM控制系统仿真模型，系统结构框图如图1所示。

图1 无刷直流电机控制原理框图

以图1为基础，按照模块化建模的思想搭建的系统的仿真模型如图2所示。整个控制系统主要包括电动机本体模块、逆变器模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。

图2 无刷直流电机控制系统仿真模型框图

1.1 电动机本体模块

在整个控制系统的仿真模型中，BLDCM本体模块是最重要的部分，该模块根据BLDCM电压方程求取BLDCM三相相电流，而要获得三相相电流信号ia，ib，ic必须首先求得

绘

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无刷直流电机控制技术综述郑,

吉王学普,

(浙江大学浙江杭州

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摘,

要介绍了无刷直流电机的转子位置检测的实现方,。

:

有效的方法利用传感器得到的不同位置信号经过门电路模拟开关或专用芯片就可以得到不同的触发逻辑信号实现触发状态的自动切换〔3川随着微处理器的应,,、

,

法并提出了各种控制策略分析了产生转矩脉动的各种原因及无位置传感器的无刷直流电机的多种起动办法:

关键词无刷直流电机转子位置检测无位置传感器转;

;

;

用也可以通过软件来进行切换、

,

。

无刷电机常用的位置。

矩脉动起动

;

中图分类号: T M 3 3文章编号 1 0 0 4A b sr t bu rs

:文献标识码 A

传感器有磁电感应式磁敏式和光电式,

磁电式位置传。

:

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一

感器既笨重又复杂所以在方波电机中早已被淘汰一n

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AXUseries(CS)东方无刷直流电机

无刷直流电动机组合

结合轻薄·精巧与节省能源功能的机型

系列

AXUseries(CS)东方无刷直流电机

AXU系列

无刷直流电动机组合

2

AXUseries(CS)东方无刷直流电机

宽广的调速范围，可输出均匀的转矩。可实现4A功能。

FLAT转矩均匀从低速至高速都能保持一定的转矩。此外，通过新开发的控制方式可在100r/min~ 2000r/min的大范围转速间(速度比率1∶ 20)设定任意的速度。额定转矩转矩短时运行领域连续运行领域

EASY

连接简单，操作方便进行电动机与电源间的配线时，只要将连接器直接插上调速器后的插座中即可。同时也可以利用调速器的旋钮，轻易地设定电动机的转速。

转速[r/min]

500

1000

1500

2000

AND可由外部控制运转/停止、运转方向、瞬时停止等皆可以外部信号进行控制。外部控制信号调速器电动机

适用海外安全规格，并可对应世界电压符合UL/CSA规格认定，并执行自我宣告符合CE规格的行动(低电压指令)。以广泛的电压规格，对应世界主要国家的电压。●单相100V-115V:可对应日本、台湾、韩国、北美的电压。●单相200V-230V:可对应日本、台湾、韩国、中国、新加坡、北美、欧洲的

2.2 无刷直流电机的数学模型

在本文中，以两极三相无刷直流电机为例来说明其数学建立模型的过程。电机定子绕组为Y型联接，转子采用内转子结构，3个霍尔元件在空间相互间隔120°对称放置。在此结构基础上，假设电机的磁路不饱和，不计涡流损耗、磁滞损耗及电枢反应；忽略齿槽效应；驱动系统中，整流逆变电路的功率管和续流二极管均为理想开关器件错误！未找到引用源。。 2.2.1 定子电压方程

由以上的假设条件，无刷直流电机每相绕组的相电压由电阻压降和绕组感应电势两部分组成，其定子电压平衡方程为

?Ua??Ra?U???0?b????Uc????00Rb00??ia??Lad?i???L0???b?dt?ba?Rc????ic???LcaLabLbLcbLac??ia??ea??i???e? Lbc???b??b?Lc????ic????ec?? (2-1)

式(2-1)中，ea、eb、ec为各相定子反电动势，ia、ib、ic为各相定子电流，Ua，

Ub，Uc为定子各相电压，Ra，Rb，Rc为定子各相绕组电阻，La，Lb，Lc为定子各相绕组自感，Lab，Lac，Lba，Lbc，Lca，Lcb为定子间各相绕组的互感，由于无刷直流电机的转子为永磁体。假设无刷直流电

东北石油大学本科生毕业设计（论文） 摘 要

无刷直流电机由于其结构简单，可靠性高等特点，广泛用于工业生产中。在过去的控制方法中，多采用传统的单闭环PID控制，然而由于建立无刷直流电机的数学模型比较复杂，固定参数的PID在控制性能上难以达到令人满意的效果。所以采用双闭环模糊PID控制方法提高电机的控制性能，成为当前工程技术人员和学者研究的热点。

首先，分析研究了无刷直流电机转速检测方法，通过比较具体分析确立反电动势检测法进行转子位置的检测，并对反电势法检测法的原理进行了分析。其次，重点分析了直流调速的控制方法，常规PID控制方法在控制非线性对象时，往往鲁棒性较差，难以满足高精度、快响应的控制要求，常常不能有效克服负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响。所以本文采用模糊PID控制方法，该方法能够在线调节PID参数，满足直流调速系统快速性、实时性的要求。最后，通过观察MATLAB仿真结果，并进行不同控制方式下电机转速波形之间的对比，证明模糊PID的优越性。

关键词: 无刷直流电机；反电势法测速；模糊PID；仿真

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

ABSTRACT

Brushless DC motor due to its simpl

无刷直流电机转矩脉动抑制方法综述

无刷直流电机转矩脉动抑制方法综述

周杰，侯燕

（河南工业大学电气工程学院，450007）

摘要：为扩大无刷直流电机在精度较高的伺服系统中的应用，必须尽量减小其转矩脉动。详细论述了无刷直流电机各种有效的转矩脉动抑制方法，并进行分类归纳。

关键词：无刷直流电机；转矩脉动；综述

中图分类号：TM33 文献标识码：B 文章编号：1004-0420(2007)06-0005-04

The review on torque ripple minimization of brushless DC motors

ZHOU Jie，HOU Yan

(College of Electrical Engineering，Henan University of Technology，450007) Abstract：To enlarge the application of brushless DC motor in higher accurateness servos，the torque ripple of brushless DC motor must be minimized. Aiming at the torque ripple at

本科生毕业设计（论文）开题报告

论文题目： 无刷直流电机控制器硬件电路的设计

学 院： 电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 导师姓名： 开题时间：

1

1．课题背景及意义

1.1课题研究背景、目的及意义

无刷直流电机利用电子换向代替机械换向，解决了传统直流电机因为电刷摩擦而产生的众多问题并因其结构简单、运行可靠、维修方便等优点,使得它的应用越来越广泛[1],如在仪器仪表、家用电气和医疗器械等方面的应用成为研究的热点,因而对电机运行性能的要求也越来越高,因此围绕改善电机性能方面的研究也是多方向的。

早期的电机驱动控制系统多采用专用硬件控制设备，需设计专用的控制芯片及其它硬件电路以满足不同控制对象的需要，这种封闭式结构使电机驱动控制系统的体积大、开发成本高、开发周期长，可靠性、可扩展性和易用性都很差，并且升级困难。随着技术的不断进步，人们对电机驱动控制系统提出了更高的要求，既希望能够根据不同的应用需求，迅速、经济地构建面向客户的控制系统，又希望大幅度降低系统维护费用改变以往封闭式设计模式，使底层生产控制系统的集成更为简便和有效。现代电机驱动控制系统正朝着开放性、实时性和可靠性方

学号：1008421057

本科毕业论文（设计）

(2014届)

直流无刷电机控制系统的设计

院 系 电子信息工程学院 专 业 电子信息工程 姓 名 胡杰 指导教师 陆俊峰 陈兵兵

高 工 助 教

2014年4月

合肥师范学院2014届本科毕业论文（设计）

摘 要

无刷直流电机的基础是有刷直流电机，无刷直流电机是在其基础上发展起来的。现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位，但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。

自上世纪以来，人们的生活水平在不断地提高，人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化，而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展，人们对电机的要求也在不断地改变。现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等，由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。

本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机，主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片，通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。

关键词：控制系统

本科生毕业设计（论文）开题报告

论文题目： 无刷直流电机控制器硬件电路的设计

学 院： 电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 导师姓名： 开题时间：

1

1．课题背景及意义

1.1课题研究背景、目的及意义

无刷直流电机利用电子换向代替机械换向，解决了传统直流电机因为电刷摩擦而产生的众多问题并因其结构简单、运行可靠、维修方便等优点,使得它的应用越来越广泛[1],如在仪器仪表、家用电气和医疗器械等方面的应用成为研究的热点,因而对电机运行性能的要求也越来越高,因此围绕改善电机性能方面的研究也是多方向的。

早期的电机驱动控制系统多采用专用硬件控制设备，需设计专用的控制芯片及其它硬件电路以满足不同控制对象的需要，这种封闭式结构使电机驱动控制系统的体积大、开发成本高、开发周期长，可靠性、可扩展性和易用性都很差，并且升级困难。随着技术的不断进步，人们对电机驱动控制系统提出了更高的要求，既希望能够根据不同的应用需求，迅速、经济地构建面向客户的控制系统，又希望大幅度降低系统维护费用改变以往封闭式设计模式，使底层生产控制系统的集成更为简便和有效。现代电机驱动控制系统正朝着开放性、实时性和可靠性方

无位置传感器控制技术是无刷直流电机研究的热点之一，国内外相关研究已经取得阶段性成果。

在无刷直流电机工作过程中，各相绕组轮流交替导通，绕组表现为断续通电。在绕组不通电时，由于绕组线圈的蓄能释放，会产生感应电动势，该感应电动势的波形在绕组两端有可能被检测出来。利用感应电动势的一些特点，可有取代转子上的位置传感器功能，来得到需要的换相信息。由此，就出现了无位置传感器的无刷直流电动机。

尽管无位置传感器控制方式使得转子位置检测的精确度有所降低，但由于取消了位置传感器，电机的结构更加简单，安装更加方便，成本降低，可靠性进一步提高，在对体积和可靠性有要求的领域以及不适合安装位置传感器的场合，无位置传感器无刷直流电机应用广泛。

无位置传感器控制方式下的无刷直流电机具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，同时在一定程度上克服了位置传感器安装不准确引起的换相转矩波动。

无位置传感器技术是从控制的硬件和软件两方面着手，以增加控制的复杂性换取电机结构复杂性的降低。

以采用120o电角度两两导通换相方式的三相桥式Y接无刷直流电机为例，讨论基于现代控制理论和智能算法的无刷直流电机无位置传感器控制方法。

转子位置间接检测法

目前无刷直流电机中主要采用电磁式、光电式、磁敏式等