基于malab的無刷直流電機建模與仿真

1基于建模和仿真的一致性設計無刷直流機是一個復雜的系統(tǒng)，具有強大的耦合、多個變量、非線性和時間變量。為了獲得令人滿意的控制參數，有必要在制定控制系統(tǒng)之前對其進行建模和模擬。本文沒有采用傳統(tǒng)的S-Function來生成感應梯形波電動勢,而是采用了查表的方法,并在此基礎上生成Te模塊,從而避免了在求取Te時分母為零造成積分器輸出錯誤的問題,這樣有利于提高仿真的進度和成功率。2d-q方程模型因為BLDCM的反電動勢波形是梯形波,從而造成定子和轉子間的互感是非止弦的,因此將BLDCM三相方程變換為d-q方程比較困難,因為d-q方程適用于氣隙磁場為正弦分布的電動機。所以直接利用電動機原有的相變量,即a-b-c坐標系來建立數學模型比較方便。為簡化分析,作以下假設:(1)定子繞組為60°相帶整距集中繞組,Y形連接,三相六狀態(tài);(2)忽略磁路飽和,不計渦流和磁滯損耗;(3)忽略齒槽效應,不考慮電樞反應,氣隙磁場分布為梯形波,平頂寬為電角度;(4)三相繞組完全對稱。2.1規(guī)過轉子15e根據以上分析,建立無刷直流電動機動態(tài)數學模型如下:其中:ua、ub、uc———定子各相電壓;ea、eb、ec———定子各相反電動勢;ia、ib、ic———定子電流;L———定子各繞組自感;M———定子各繞組間互感;Ra、Rb、Rc———定子各相繞組電阻。由于采用Y形接法,各相繞組對稱,所以有:將(2)、(3)、(4)代入(1),并引入中性點電壓,得:2.2磁體旋轉方程無刷直流電機的電磁轉矩由定子電流和轉子磁場相互作用產生,其表達式為:2.3dap運動方程其中:Te———電磁轉矩;TL———負載轉矩;J———轉子轉動慣量;ω———機械角速度;B———阻尼系數。3pi調節(jié)電路本文中BLDCM控制系統(tǒng)采用速度電流雙閉環(huán)調速。外環(huán)為速度環(huán),內環(huán)為電流環(huán),采用PI調節(jié)。下面根據BLDCM的電壓方程、電磁轉距方程、運動方程在Matlab中進行電機本體模型的搭建。3.1電壓計算機模塊由式(5)的電壓方程可以得到電壓模塊,如圖1所示。3.2反電勢模塊由圖2的反電動勢波形,結合Look-upTable生成三相繞組中的反電動勢模塊,如圖3所示。3.3電磁扭矩為了防止分母為零而導致積分器輸出錯誤,必須設置初值,將(6)式作適當地變形如下:同樣可以使用生成反電動勢的方法來實現電磁轉矩模塊,如圖4所示。3.4方程與模塊由(7)式的運動方程可以得到的機械運動模塊,如圖5所示。3.5focm模塊由上述模塊,可以搭建出BLDCM模塊,如圖6所示。3.6反電動勢角函數BLDCM中換向器的換向信號是通過檢測不導通相繞組中反電動勢過零點來給出的,而反電動勢又是角的函數,所以,可以根據角來生成IGBT的6路換向信號,上橋臂輪流導通電度角,下橋臂交替導通電度角。模塊如圖7所示。3.7gm控制信號的產生本文中BLDCM控制系統(tǒng)采用速度電流雙閉環(huán)調速。外環(huán)為速度環(huán),速度反饋通過和速度給定比較后經過PI調節(jié)器和內環(huán)的電流環(huán)相比較作為PWM控制信號的給定,如圖8所示。4電機的抗擾性能利用MATLAB/SIMULINK進行仿真研究,BLDCM調速系統(tǒng)的電機參數為:額定電壓V=24V;額定電流I=10A;繞組電阻R=0.44Ω;自感L=6.32×10-4H;互感M=0H;轉動慣量J=1.02×10-5N·m2;阻尼系數B=4.8×10-4N·m·s/rad;反電動勢常數Ke=0.079V·s/rad;仿真時間0.04s。在0.03s,轉速n=1000r/min時,加入負載TL=0.03N·m,轉速在經過很短的時間調整后,穩(wěn)定在1000r/min。從圖9可以看出在電流開環(huán)時,電動機的轉速波動比較大;圖10在引入電流閉環(huán)后,輸出的轉速雖然有波動,很快就趨于穩(wěn)定,通過和圖9的波形比較表明引入電流閉環(huán)后抗擾性能明顯增強;圖11為在0.03s給電動機加上負載,仿真顯示電動機的電磁轉矩在0.005s內恢復穩(wěn)定。圖12為不加負載情況,輸出轉矩大約在0.0325s穩(wěn)定,圖13為0.03s給電動機加上負載時的情況,電動機輸出轉矩很快趨于穩(wěn)定。5基于新型扭矩模型的電磁n本文在BLDCM數學模型的基礎上,建立仿真模型,對電磁轉矩