某無刷直流電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25242某無刷直流電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計案例 1298001.1BLDCM的控制結(jié)構(gòu)及Simulink/Matlab的模擬仿真 135811.2對比雙閉環(huán)PI控制和滯環(huán)控制 4315421.3仿真分析 5BLDCM的控制結(jié)構(gòu)及Simulink/Matlab的模擬仿真本文采用無刷直流電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示，是一個電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)PI控制的系統(tǒng)。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC1無刷直流電機(jī)控制結(jié)構(gòu)框圖無刷直流電機(jī)系統(tǒng)以給定轉(zhuǎn)速為調(diào)整目標(biāo)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。無刷直流電動機(jī)電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)理想情況下通過電流環(huán)得到較大的轉(zhuǎn)矩來快速啟動，當(dāng)速度穩(wěn)定時，電流的大小基本保持不變從而實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出，通過轉(zhuǎn)速環(huán)來調(diào)節(jié)電動機(jī)速度的大小。所以在調(diào)節(jié)PI參數(shù)時，應(yīng)先調(diào)節(jié)電流環(huán)使得電流達(dá)到穩(wěn)定，后調(diào)節(jié)速度環(huán)。逆變器模塊采用BLDCM半橋模式，由三個橋臂6個功率管和6個反并聯(lián)二極管組成。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC2BLDCM雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型PWM模塊如圖5-3所示。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC3PWM波形生成模塊無刷直流電機(jī)的無位置控制方法采用第四章中所提到的基于線反電勢和反電勢過零檢測實現(xiàn)PWM-ON-PWM調(diào)制方式，如圖5-4所示。圖中H123是反電勢的過零點信號，Habc是線反電勢的過零點信號。通過m函數(shù)的編譯將這六個位置信號轉(zhuǎn)換成逆變器的驅(qū)動信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，如圖5-5所示。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC4線反電勢和反電勢過零檢測圖5-SEQ圖5-\*ARABIC5位置信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號對于無刷直流電動機(jī)電流環(huán)的目的使為了限制相電流的大小從而控制輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到穩(wěn)定值，對于檢測電流值的大小會采用兩種方式做對比：電流絕對值相加和Clark變換。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC6電流絕對值相加圖5-SEQ圖5-\*ARABIC7Clark變換方式如圖5-8通過Matlab仿真結(jié)果我們可以看到，電流絕對值相加與α-β坐標(biāo)系變換后得到的結(jié)果是一樣的，在數(shù)值上只有倍數(shù)的差別。Clark變換是將A、B、C三相電流通過坐標(biāo)變換變成靜止坐標(biāo)系α-β坐標(biāo)系的向量，需要得到電流向量的長度則需要通過開方的計算方式，而絕對值相加的計算方式相比于開方在硬件電路上更容易實現(xiàn)，所以我們采用前者作為本章的實現(xiàn)方式。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC8電流環(huán)內(nèi)電流檢測波形對比雙閉環(huán)PI控制和滯環(huán)控制將轉(zhuǎn)速環(huán)PI的輸出信號作為給定電流，與實際電流作比較，形成滯環(huán)控制，實現(xiàn)對電流脈動的限制。如圖5-6所示，滯環(huán)控制的轉(zhuǎn)矩脈動比PI控制的轉(zhuǎn)矩脈動要小，電流滯環(huán)寬度減小可以得到更小脈動的轉(zhuǎn)矩波形，有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動，但是會帶來下面問題：功率管開關(guān)頻率上升，開關(guān)損耗加大。在電機(jī)電感較小或輕載（相電流較?。r，電機(jī)電流很難控制在滯環(huán)之內(nèi)。開關(guān)頻率不固定，對采樣噪聲敏感。所以本文電流環(huán)主要還是采用PI控制。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC9滯環(huán)控制和PI控制的轉(zhuǎn)矩波形仿真分析對上述的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，Simulink/Matlab仿真步長為1e-6s，開關(guān)頻率為20kHz，直流電壓為70v，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL=6N*m。電機(jī)的主要參數(shù)設(shè)置如圖5-7所示，電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量為0.0008kg*m2，極對數(shù)為7，相電阻為0.043ohm，自感Ls為0.0003H，磁鏈0.018V*S，初始轉(zhuǎn)速10rad/s。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC10無刷直流電機(jī)仿真參數(shù)給定轉(zhuǎn)速從500rpm到1000rpm再到1500rpm，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速500~1500rpm內(nèi)可調(diào)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速波形如圖5-8所示。圖中藍(lán)色的是實際轉(zhuǎn)速波形，黑色曲線是給定轉(zhuǎn)速波形。圖5-9是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波形，轉(zhuǎn)矩大小能夠基本恒定在6N*m。圖5-10是功率管的驅(qū)動信號的波形。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC11電機(jī)的轉(zhuǎn)速波形圖5-SEQ圖5-\*ARABIC12電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波形圖5-SEQ圖5-\*ARABIC13功率管驅(qū)動信號波形圖5-SEQ圖5-\*ARABIC14無刷直流電機(jī)電機(jī)A相電流以及反電勢的波形圖5-11是