基于malabsimulink的无刷直流电机控制仿真研究

基于malabsimulink的无刷直流电机控制仿真研究

2.2电机反电势的测量电机环的反电势波形的形状与电角有关，电机的旋转角速度影响电势的大小。因此,电机反电势可以表示为电角度和旋转角速度的函数关系。通过分析电机换相过程可知,电机绕组反电势在平顶波部分时,与该相绕组相连的逆变器上桥臂导通,同样,在负的平顶波部分,下桥臂导通。因此,在确定了反电势波形的同时,也就确定了逆变器6个功率管的开关时刻。根据图2可以用Matlab中look-uptable来实现幅值为1相位依次相差120度反电势的波形,再乘以反电势常数即为电机反电势的值。图2中为显示反电势与霍尔元件的关系,取反电势幅值为1.5。再根据霍尔信号与电机位置的关系可以推导出霍尔信号的位置。霍尔信号与电机转子位置(0～360°)关系如表1。2.3磁极旋转方程模块2.4机械运动方程模块3空白cdm管理系统的模拟模型3.1bundm主模块将图1、3图、4图各个模块进行封装,得到整个电机的封装模块如图5。3.2波电流的信号由于BLDCM控制系统要求的相电流为方波电流,PWM调制信号,只需为等幅、等宽、等距的信号,则由一个固定频率的三角波及直流电压信号的合成就可产生出所需的信号。3.3电流滞环比较国BLDCM控制系统中逆变器的可靠换相,是通过BLDCM内部的转子位置信号进行控制的。无刷直流电机调速系统一般采用双闭环控制,其中外环是速度环,内环是电流环。速度给定信号与速度反馈信号比较后,送入速度调节器。速度调节器的输出为电流给定的幅值,与电流反馈信号比较后,送入电流滞环比较器或通过电流调节器,电流滞环比较器具有控制简单、性能良好的特点,所以是目前采用得较多的电流控制器。本文主要从验证所建电机模型的正确性考虑,通过对图2的分析可知,利用BLDCM的霍尔信号的位置和PWM来控制逆变器各功率开关导通。霍尔信号与PWM的逻辑关系如下:⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪T1=AB¯¯¯⋅PWM+AB¯¯¯C¯¯¯T2=AC¯¯¯⋅PWM+ABC¯¯¯T3=BC¯¯¯⋅PWM+A¯¯¯BC¯¯¯T4=BA¯¯¯⋅PWM+A¯¯¯BCT5=CA¯¯¯⋅PWM+A¯¯¯B¯¯¯CT6=CB¯¯¯⋅PWM+AB¯¯¯C(9){Τ1=AB¯⋅ΡWΜ+AB¯C¯Τ2=AC¯⋅ΡWΜ+ABC¯Τ3=BC¯⋅ΡWΜ+A¯BC¯Τ4=BA¯⋅ΡWΜ+A¯BCΤ5=CA¯⋅ΡWΜ+A¯B¯CΤ6=CB¯⋅ΡWΜ+AB¯C(9)A、B、C分别代表霍尔信号,将上式进行逻辑与和逻辑或即可得到逆变器各功率开关的导通顺序。3.4主模块逆变器模块用Simulink/PSB下提供的3对MOSFET功率开关器件,各自反并续流二极管,构成三相逆变桥。4ri幅值及te本文仿真所使用数据为P=1,Rs=1.25Ω,Ls-Ms=2.875mH,Φ′ri(i=a,b,c)幅值为0.04,Te=0.13N.m。图7为转矩波形,图8为电机相电流和反电势波形,图7～图8中纵坐标为反电势和电枢电流,横坐标为时间。5质控模型的建立本文根据无刷电机数学模型建立了在Matlab下的动态数学模型,通过电机的仿真曲线可以看出,在启动初始阶段,启动电流大,转矩有较大的峰值。采用Simulink建立的无刷电机模型所的结果与理论分析基本一致,从而说明这种电机模型是正确的和有效的。采用该模型可以方便的实现和验证控制功能算法,它为分析设计BLDCM控制系统提供了有效方便的方法。无刷直流电机(BrushlessDCMotor,以下简称BLDCM)以其体积小、重量轻、控制精度高等优点,同时兼有普通直流电动机易于控制的特性,从而在伺服控制、数控机床、机器人等领域得到广泛应用。随着无刷直流电机应用领域的不断扩大,越来越多地要求控制系统设计简易、成本低、控制算法合理。为此,建立无刷直流电机仿真模型,通过仿真分析,可以有效地节省控制系统设计周期,并且可以及时验证加载到系统的控制算法。本文在分析BLDCM数学模型的基础上,建立了BLDCM的计算机仿真模型,通过试验,验证了该数学模型的有效性。1电机的算子磁链及电压方程假设无刷直流电机工作在两相导通、星型三相状态方式下,反电势波形为平顶,宽度为120电角度的梯形波,电机在工作过程磁路不饱和,不计涡流损耗和磁滞损耗,三相绕组完全对称。电机定子磁链方程:(1)式中,Ls、Ms—定子的自感和互感,ΥraΥrb、Υrc—转子在定子侧感应的磁链。ia、ib、ic—定子相绕组电流。电机的电压方程为(3)式中,Va、Vb、Vc—定子相绕组电压,ea、eb、ec—定子绕组反电势。其中,反电势为(4)式中,P—电机的极对数,θ—电机的位置,ω—电机的角速度。由于三相绕组为星型连接,而且没有中线,因此有:转矩方程为运动方程为7)式中,Tm—