基于malabsimulink的無刷直流電機建模與仿真

0blcd控制系統(tǒng)的仿真模型無刷直流電機（brusincsentier，以下簡稱bsd）是隨著電子技術和新型磁性材料的發(fā)展而開發(fā)起來的一種新型電機。由于BLDC即具備交流電機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點,又具備直流電機的運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多特點,故BLDC受到了廣泛關注,與此同時,對BLDC控制系統(tǒng)的性能也提出了更高的要求。建立BLDC控制系統(tǒng)仿真模型,可以有效的節(jié)省控制系統(tǒng)的設計時間,驗算各種控制算法,優(yōu)化整個控制系統(tǒng),從而得到預期效果的控制系統(tǒng)。文中在分析BLDC數學模型的基礎上,用MATLAB7.0下的SIMULINK和S-FUNCTION建立BLDC控制系統(tǒng)的仿真模型,仿真結果驗證了數學模型的有效性及控制系統(tǒng)的合理性。1轉子等特性分析文中以兩相導通星形三相六狀態(tài)為例,分析BLDC的數學模型及電磁轉矩等特性。為了便于分析,作如下假設:(1)三相繞組完全對稱,氣隙磁場為方波,定子電流、轉子磁場分布皆對稱;(2)忽略齒槽效應、換相過程和電樞反應等影響;(3)磁路不飽和,不計渦流和磁滯損耗。1.1[abc]的+[eaebec]三相BLDC定子電壓平衡方程為:???UaUbUc???=???Ra000Rb000Rc??????IaIbIc???+???LaaLbaLcaLabLbbLcbLacLbcLcc???P???IaIbIc???+???EaEbEc???(1)[UaUbUc]=[Ra000Rb000Rc][ΙaΙbΙc]+[LaaLabLacLbaLbbLbcLcaLcbLcc]Ρ[ΙaΙbΙc]+[EaEbEc](1)式中:Ua、Ub、Uc為三相定子電壓;Ea、Eb、Ec為三相定子的反電動勢;Ia、Ib、Ic為三相定子相電流;Ra、Rb、Rc為三相定子繞組的相電壓;Laa、Lbb、Lcc為三相定子自感;Lab、Lac、Lba、Lbc、Lca、Lcb為三相定子繞組之間的互感;P為微分算子(d/dt)。由于轉子是永磁的,或略它的磁阻影響,可以認為Lab、Lac、Lba、Lbc、Lca、Lcb為常數,與轉子位置無關。并假定三相繞組對稱,則有:Laa=Lbb=Lcc=L(2)Lab=Lac=Lba=Lbc=Lca=Lcb=M(3)Ra=Rb=Rc=R(4)又三相繞組為星形連接,且沒有中線,則有:Ia+Ib+Ic=0(5)MIb+MIc=-MIa(6)把式(2)～式(6)代入式(1),得到電壓方程為:???UaUbUc???=???R000R000R??????IaIbIc???+???L?M000L?M000L?M???P???IaIbIc???+???EaEbEc???(7)[UaUbUc]=[R000R000R][ΙaΙbΙc]+[L-Μ000L-Μ000L-Μ]Ρ[ΙaΙbΙc]+[EaEbEc](7)1.2磁體旋轉方程Te=(EaIa+EbIb+EcIc)/ω(8)式中:Te為電機的電磁轉矩;ω為電機的角速度。1.3方程的運動Te=Tl+Bω+Jdωdt(9)Τe=Τl+Bω+Jdωdt(9)式中:B為阻尼系數;J為電機的轉動慣量;Tl為負載轉矩。2系統(tǒng)模型的建立在分析BLDC數學模型的基礎上,建立了如圖1所示的BLDC整體控制框圖,把各功能模塊和S函數相結合,在MATLAB/SIMULINK中搭建出雙閉環(huán)控制的BLDC控制系統(tǒng)仿真模型。其中,BLDC本體模塊在整個控制系統(tǒng)的仿真模型中是最重要的部分,該模塊采用SIMULINK的子系統(tǒng)封裝技術,將電機的各個功能模塊集成在子模型中,通過子系統(tǒng)封裝對話框來輸入電機仿真的一些重要參數。這樣通過修改各種電機參數,就可以直觀的比較不同參數下BLDC系統(tǒng)模型的仿真結果。3電機參數設置根據上面建立的系統(tǒng)模型進行仿真,得到的仿真結果如圖2～圖4所示。其中,BLDC電機參數設置為:電子相繞組電阻R=0.7Ω,定子相繞組自感L=2.72e-3H,互感M=-1.5e-3H,轉動慣量J=0.0002kg·m2,額度轉速n=750r/min,極對數p=2,34V直流電源供電。4dc控制系統(tǒng)仿真模型在分析BLDC數學模型的基礎上,在SIMULINK環(huán)境下結合S函數構建了BLDC控制系統(tǒng)仿真的仿真模型,采用經典的速度、