基于RT-LAB的无刷直流电动机伺服系统半实物仿真

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一种基于 Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法

一种基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法摘要：在分析无刷直流电机（BLDC）数学模型的基础上，提出了一种无刷直流电机控制系统仿真建模的新方法。

在Matlab/Simulink环境下，把独立的功能模块和S函数相结合，构建了无刷直流电机系统的仿真模型。

系统采用双闭环控制：速度环采用离散PID控制，根据滞环电流跟踪型PWM逆变器原理实现电流控制。

仿真和试验结果与理论分析一致，验证了该方法的合理性和有效性。

此方法也适用于验证其他控制算法的合理性，为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。

关键词：无刷直流电机；建模；仿真；电流滞环；Matlab中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2008) 02-293-06A Method for Modeling andSimulation ofBrushless DC Motor Control System based on MatlabYIN Y un-hua, ZHENG Bin, ZHENG Hao-xin(National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology, North University of China, Taiyuan 030051, China)Abstract: Based on the mathematical model of the Brushless DC motor (BLDC), a novel method for modeling and simulation of BLDC control system was proposed. In Matlab/Simulink, by the combination of the isolated functional blocks and S-functions, the model of BLDC could be established. In the double loop of control system, a discrete PID controller was adopted in the speed loop and a current controller was completed in the current loop on the principle of hysteresis current track PWM inverter. The reasonability and validity were testified by the coincidence of the simulation and experimentation results and theory analysis. This novel method is also suitable for verifying the reasonability of other control algorithms and offers a new thinking for designing and debugging actual motors. Key words: BLDC; modeling; simulation; hysteresis current; Matlab引言1无刷直流电机(Brushless DC Motor，以下简称BLDC)是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。

基于RT-LAB的空间对接半实物仿真系统

ＲＴ — ＬＡＢ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，４３（８）：６３－６８．
Ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ — ｌｏｏｐＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｐａｃｅＤｏｃｋｉｎｇＢａｓｅｄｏｎＲＴ－ＬＡＢ
ｄｏｃｋｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＲＴ— ＬＡＢａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｎ，ｉｔｄｏｗｎｌｏａｄｓｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍｅｄＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｌｉｎｋｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｉｎｔｏｔａｒｇｅｔｍａｃｈｉｎｅｓｔｈｒｏｕｇｈＲＴＬＡＢｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｐａｃｅ
于大型控制系统中的优势，基于该平台设计空间对接半实物仿真系统并开发相应的仿真软件，将编写的Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ数学模型通过ＲＴ — ＬＡＢ平台加载到目标机上，实现空间交会对接的模拟仿真。仿真结果表明，该系统能够真实模拟空间两飞行器交会对接的过程，验证数学模型的准确性及对接机构产品质量，具有较高的稳定性及可靠性。关键词：半实物仿真；ＲＴ－ＬＡＢ仿真平台；空间对接；仿真模型；目标机中文引用格式：李双全，杜亚娟．基于ＲＴ — ＬＡＢ的空间对接半实物仿真系统［Ｊ］．计算机工程，２０１７，４３（８）：６３４５８．

基于RT-LAB半物理仿真平台的永磁同步电机控制及谐波抑制技术

by adding the second harmonic suppression algorithm.
Key words: permanent magnet synchronous motor; RT-LAB; semi-physical simulation platform;
SHEPWM; second harmonic suppression
strategy mainly includes SPWM and SHEPWM. The real-time simulation platform of PMSM based
on RT-LAB semi physical simulation platform can be used for semi physical simulation verification
2020.№3
大电机技术
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近年来，随着高性能永磁材料的广泛使用，以及电力电子技术和电机控制技术的不断发展，永磁同步电机在航空航天舵机伺服控制、轨道交通传动等领域成为了主要电机类型，先进的控制理论和技术在行业的应用也日趋成熟。
在实际工程中，对于复杂系统的产品迭代周期要求通常较为苛刻，在对研发周期时间要求比较紧迫的时候，利用半物理仿真平台对控制算法进行快速原型验证，能够有效节约研发时间，大大降低开发成本，因此验证和测试复杂系统的方案可行性及算法最优性在设计研发环节变得非常重要[3]。半物理仿真是一种全新的测试理念及仿真技术，相较于传统的离线仿真技术，它在仿真回路中尽可能多地接入实物，用实物来替代传统的离线数学模型[4]。而在实验室中，对于无法直接使用的实物，可采用数学建模及程序化的方式来模拟实物的动态特性[5]。在永磁电机伺服控制系统的研制过程中，控制器作为核心部件，其控制策略算法的验证尤为重要。采用真实控制器加虚拟外围回路模型的形式，构建永磁电机伺服系统半物理仿真分析平台，对半物理仿真数据及波形进行相关实验验证，具有重要的研究意义[6]。

基于RT-LAB的无刷交流发电机的功率级半实物仿真

宏
（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京１００１９１）要：半实物仿真是一种将部分硬件实物接入到仿真回路中的实时性仿真，该方法能够更加真实地反映系统的实
际情况，具有更高的置信度。针对飞机电源系统中常用的三级无刷交流发电机，利用ＲＴ．ＬＡＢ半实物仿真平台，并
引入部分功率级元器件，搭建发电机的功率级仿真系统。该方法将ＲＴ－ＬＡＢ与可控电源结合，通过ＲＴＬＡＢ实时运行发电机模型，输出的电压信号控制可控电源，模拟真实发电机的功率级电压，并采集可控电源的输出电压，从而实现三级无刷交流发电机闭环运行的功率级半实物仿真。关键词：半实物仿真；ＲＴ－ＬＡＢ；功率级仿真；可控电源
ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｏｒｅｒｅａｌｉｓｔｉｃａｌｌｙａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｃｏｎｉｄｆｅｎｃｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｉｇｉｔａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＡｐｏｗｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈｓｏｍｅｐｏｗｅｒｌｅｖｅｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｂａｓｅｄｏｎＲＴ．ＬＡＢｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌｂｒｕｓｈｌｅｓｓｌｔａｅｒｎａｔｏｒａｓ
ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｕｓｔｈｅｍｏｄｅｌｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｐｏｗｅｒｌｅｖｅｌｃｌｏｓｅｄ — ｌｏｏｐｆｅｅｄｂａｃｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈａｒｄｗａｒｅ — ｉｎ— ｔｈｅ — ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＲＴ— ＬＡＢ；ｐｏｗｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｐｏｗｅｒｓｏｕｒｃｅ

基于RTX的制导控制半实物仿真系统设计

第４５卷第６期２０２３年１２月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ４５㊀Ｎｏ６Ｄｅｃ２０２３文章编号：１６７３⁃３８１９（２０２３）０６⁃０１４１⁃０５基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真系统设计∗陈俊杰，吴盘龙，何㊀山，姚文典（南京理工大学，江苏南京㊀２１００９４）摘㊀要：制导控制半实物仿真系统在制导武器的研制中发挥着重要作用，是验证导弹制导控制系统设计和软件设计正确性的重要途径㊂传统的Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统实时性较差，给半实物仿真试验带来诸多不确定因素，采用Ｗｉｎｄｏｗｓ＋ＲＴＸ的方案，完成了半实物仿真系统的软硬件设计，通过共享内存实现Ｗｉｎｄｏｗｓ进程和ＲＴＸ进程之间的通信，保证数据传输准确性和系统实时性㊂导弹制导控制半实物仿真试验结果表明：所设计的半实物仿真系统合理，并且实时性好㊁可靠性高㊁通用性强㊂关键词：半实物仿真系统；导弹制导控制；ＲＴＸ；实时性；准确性中图分类号：ＴＪ７６２；ＴＰ３９１９㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０２３．０６．０２１Ｄｅｓｉｇｎｏｆｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎＲＴＸＣＨＥＮＪｕｎｊｉｅ，ＷＵＰａｎｌｏｎｇ，ＨＥＳｈａｎ，ＹＡＯＷｅｎｄｉａｎ（ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｅｍｉｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｕｉｄｅｄｗｅａｐｏｎｓ，ａｎｄｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｗａｙｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｍｉｓｓｉｌｅｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ．ＴｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＷｉｎｄｏｗｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｐｏｏｒｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈｂｒｉｎｇｓｍａｎｙｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｔｏｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｉｎｔｈｅｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｔｈｅＷｉｎｄｏｗｓ＋ＲＴＸｓｃｈｅｍｅｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｉｎｔｈｅｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｈａｒｅｄｍｅｍｏｒｙ，ｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＷｉｎｄｏｗｓｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＲＴＸｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｆｉｎａｌｍｉｓｓｉｌｅｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｅｍｉｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｓｅｍｉｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ａｎｄｈａｓｇｏｏｄｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｓｔｒｏｎｇｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｍｉｓｓｉｌｅｇｕｉｄａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌ；ＲＴＸ；ｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅ；ａｃｃｕｒａｃｙ㊀收稿日期：２０２２⁃１２⁃２０修回日期：２０２３⁃０３⁃０１∗基金项目：上海航天科技创新基金（ＳＡＳＴ２０２１－０２７，ＳＡＳＴ２０２１－０５６）作者简介：陈俊杰（１９９９），男，硕士研究生，研究方向为飞行器制导控制系统仿真㊂吴盘龙（１９７８），男，博导，研究员㊂㊀㊀对于导弹制导控制系统仿真，半实物仿真是除了导弹发射试验外，可以验证导弹制导控制系统设计正确性的唯一方式㊂相较纯数字仿真，半实物仿真通过在仿真闭环回路中接入物理设备［１⁃３］，仿真数据更加接近实际，是导弹制导控制系统研制过程中必需环节㊂半实物仿真平台可以实现半实物物理设备连接㊁数据检测㊁信号传输㊁仿真过程控制㊁制导模型仿真验证等功能［４⁃６］㊂随着导弹制导技术的发展，半实物仿真平台对实时性㊁通用性㊁可靠性及可扩展性要求越来越高㊂操作系统㊁半实物仿真系统必须满足高实时性，目前多采用ＲＴＸ㊁ｄＳＰＡＣＥ㊁ＦｒｅｅＲＴＯＳ㊁ＲＴ⁃Ｌａｂ，Ｓｐｅｅｄｇｏａｔ等其他实时操作系统㊂ｄＳｐａｃｅ是一种实时仿真系统，是一套基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台㊂多应用于微处理器的Ｆｒｅ⁃ｅＲＴＯＳ实时操作系统，是一个轻量级的操作系统㊂ＲＴ⁃Ｌａｂ实时操作系统是一种用于动力与电气工程领域的科学仪器，是一套工业级的系统实时仿真平台软件包㊂Ｓｐｅｅｄｇｏａｔ实时系统中ＳｉｍｕｌｉｎｋＲｅａｌ⁃Ｔｉｍｅ工具箱与Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ兼容最好，仿真操作均在Ｍａｔｌａｂ中进行㊂基于本文的设计方案，工业控制计算机工作在Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下，ＲＴＸ实时子系统是Ｗｉｎｄｏｗｓ系统的扩展子系统，可以充分利用Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下各种资源㊁ＡＰＩ函数等，方便针对硬件实时驱动㊁人机交互界面等方面进行开发㊂文献［７⁃８］分别介绍了导弹半实物仿真的三维场景构建和导引头半实物模型构建，但均未搭建一套完整的导弹制导控制半实物仿真系统㊂本文根据目前飞行器制导控制技术［９⁃１１］和半实物仿真装备研究现况与进展，设计一套基于ＲＴＸ的导弹制导控制半实物仿真系统，满足了半实物仿真系统高实时性㊁高通用性㊁高扩展性的要求，且通过了制导武器半实物仿真试验可信度评估［１２⁃１３］，在保留Ｗｉｎｄｏｗｓ系统优势的基础上，通过引进ＲＴＸ实时子系统，解决了Ｗｉｎｄｏｗｓ系统实时性较弱的问题㊂１４２㊀陈俊杰，等：基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真系统设计第４５卷１㊀ＲＴＸ系统简介ＲＴＸ实时系统是Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下的一个实时扩展子系统，也是一个基于软件的硬实时解决方案㊂它通过对ＩＲＱ㊁Ｉ／Ｏ㊁系统内存等的精确控制，确保实时任务的可靠性㊁数据传输的准确性㊂ＲＴＸ实时子系统还支持３０ｋＨｚ的持续中断触发速度，平均延迟小于１μｓ㊂ＲＴＸ实时子系统与Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统之间可以实现全面兼容，并且可以充分保留Ｗｉｎｄｏｗｓ系统的各种资源，其中包括Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下大量标准的ＡＰＩ函数㊁Ｗｉｎｄｏｗｓ系统的内存管理机制等㊂作为Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下的一个实时扩展系统，ＲＴＸ不会对Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下的架构作任何封装和修改㊂ＲＴＸ实时子系统拥有精确高速的任务调度器，其最多支持１０００个独立的进程㊂ＲＴＸ实时子系统拥有１２８个优先级，并且针对线程切换时间具有严格要求，可以满足几乎所有用户的编程需要㊂ＲＴＸ实时子系统同时也是软件开发解决方案，可以将包括Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００㊁ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ等各版本系统拓展到时间控制领域，使得上述各版本系统转为实时操作系统㊂因此基于ＲＴＸ实时子系统拓展的ＲＴＯＳ，不仅可以实现对实时性要求高的任务开发，也可以实现非实时性任务开发㊂２㊀ＲＴＸ与Ｗｉｎｄｏｗｓ数据交互机制半实物仿真需要真实硬件参与制导控制解算回路，半实物仿真平台需要可操作性㊁通用性，更需要保证半实物仿真平台的高实时性，以保证半实物仿真系统的可靠性，进而检验导弹制导系统设计结果和软件设计的正确性㊂实时仿真软件中采用共享内存交互机制，能够高速且准确实现ＲＴＸ与Ｗｉｎｄｏｗｓ之间的数据交互，并且满足上述所有要求㊂共享内存是进程间共享数据的最快的方法，一个进程向共享内存池写入数据，共享内存池的所有进程均拥有读权限㊂根据仿真数据交互需求，本文介绍的半实物仿真系统需要提供两片共享内存池，该半实物仿真系统中共享内存的数据交互工作流程如图１所示㊂图１㊀数据交互流程图Ｆｉｇ１㊀Ｄａｔａｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｆｌｏｗｃｈａｒｔ㊀㊀在仿真流程开始前，Ｗｉｎ３２进程读取仿真各初始参数后，需要传输给ＲＴＳＳ进程，此时Ｗｉｎ３２进程需要创建第一片共享内存池，同时拥有写权限，ＲＴＳＳ进程仅拥有读权限㊂在仿真流程开始后，ＲＴＳＳ进程收到控制组合模拟单元解算数据，需要上传至Ｗｉｎ３２进程，Ｗｉｎ３２进程通过光纤上传至工作站的监控软件㊂此时ＲＴＳＳ进程需要创建第二片共享内存池，拥有写权利，Ｗｉｎ３２进程仅拥有读权利㊂３㊀半实物仿真系统设计基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真系统结构如图２所示㊂半实物仿真系统主要由工作站㊁工业控制计算机㊁控制组合模拟单元组成㊂第６期指挥控制与仿真１４３㊀图２㊀基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真系统结构Ｆｉｇ２㊀ＢａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＲＴＸ⁃ｂａｓｅｄｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ３１㊀半实物仿真系统硬件设计３１１㊀工作站工作站主要负责数据采集㊁显示㊁控制组合模拟单元软件调试㊁上传，数据处理与分析㊂工作站通过ＲＳ４２２串口与控制组合模拟单元连接，实现控制组合模拟单元软件调试与上传，并接收控制组合模拟单元按周期发送的实时仿真数据并上传到地面监控软件，实现数据采集和显示㊂光纤通信模块主要完成工作站与工业控制计算机之间的光纤通信㊂工作站和工业控制计算机分别搭载ＶＭＩＰＭＣ⁃５５６５反射内存实时网卡，并通过光纤连接，构成ＶＭＩＣ实时网络㊂３１２㊀工业控制计算机工业控制计算机主要用于硬件接口模拟和为飞控算法的运行提供实时运行环境，可实现在ＲＴＸ环境下进行制导姿控算法计算㊂工业控制计算机的串口通信模块负责半实物仿真过程中与控制组合模拟单元的数据交互，通过４路ＲＳ４２２串口与控制组合模拟单元的串口卡相连，其中１路串口负责仿真指令发送与接收，其余３路串口分别负责将ＧＰＳ㊁ＩＭＵ㊁装订数据发送至控制组合模拟单元㊂工业控制计算机中１５５３Ｂ通信模块实现与控制组合模拟单元之间飞控数据交互，其中工业控制计算机作为ＢＣ（工控机），控制组合模拟单元作为ＲＴ（弹载计算机）㊂工业控制计算机搭载的时钟同步模块主要负责接收同步时钟信号；模拟量输入／输出模块模拟实际舵偏的采集及舵偏指令的下发；数字量输入／输出模块作为备用接口，便于二次开发㊂３１３㊀控制组合模拟单元控制组合模拟单元主要提供嵌入式的软硬件运行环境，该单元带有开关量输入／输出模块㊁模拟量输入／输出模块㊁时钟同步模块㊁１５５３Ｂ通讯模块㊁ＲＳ４２２串口通信模块㊂控制组合模拟单元搭载的ＲＳ４２２串口通信模块共搭载８路串口，其中１路串口与工作站连接，用于实现控制组合模拟单元软件调试与上传；４路串口与工业控制计算机连接，１路串口用于接收与发送仿真相关指令，３路串口分别用于接收工业控制计算机发送的ＧＰＳ㊁ＩＭＵ㊁装订数据；１路串口发送１ｋＨｚ时钟信号，用于时钟同步㊂３２㊀半实物仿真软件设计半实物仿真软件是仿真系统的核心部分，系统软件结构先进性㊁可靠性㊁功能完备性是半实物仿真系统成败的关键㊂该半实物仿真系统软件主要包括工作站搭载的地面监控软件㊁工业控制计算机搭载的实时仿真软件及控制组合模拟单元搭载的导航㊁制导与控制仿真软件㊂工作站搭载的地面监控软件主要完成控制组合模拟单元软件上传㊁数据采集㊁数据显示与数据存储㊂工业控制计算机搭载的实时仿真软件包括了弹道仿真软件及通信管理软件㊂弹道仿真软件基于ＲＴＸ环境下开发，进行实时飞控计算；通信管理软件是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下开发的人机交互界面，完成Ｉ／Ｏ卡参数设定㊁诸元装订㊁仿真指令下发等功能㊂工业控制计算机是在Ｗｉｎｄｏｗｓ和ＲＴＸ实时操作系统环境下完成实时仿真软件开发，Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的任务和ＲＴＸ环境下的任务可以通过共享内存共享数据，使用Ｗｉｎｄｏｗｓ和ＲＴＸ的架构既可以拥有Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的特性，也提高了系统的实时性㊂控制组合模拟单元搭载的导航㊁制导与控制仿真软件具有上电初始化及自检㊁数据上传和下载㊁数据固化㊁内存单元读取和回传等功能㊂３３㊀半实物仿真试验流程设计基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真系统试验流程主要包括：１）工作站上的监控界面打开光纤通信模块，发送试验开始指令；２）在工业控制计算机的实时仿真软件进行串口号以及波特率的设置，然后进行系统通信自检；３）自检成功后，地面监控软件向控制组合模拟单元发送向内存写入固件指令；４）控制组合模拟单元收到指令后将待写固件写入１４４㊀陈俊杰，等：基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真系统设计第４５卷对应内存，等待工业控制计算机发送仿真初始条件；５）工业控制计算机的实时仿真软件加载工况，将ＧＰＳ㊁ＩＭＵ㊁装订数据分别通过串口２㊁３㊁４发送给控制组合模拟单元；６）控制组合模拟单元进行模型解算，并实时向工业控制计算机传输仿真数据；７）工业控制计算机将接收到的数据通过光纤通信模块传输给监控界面㊂４㊀半实物仿真系统试验验证为验证半实物仿真系统的性能，按照该仿真试验流程进行场景验证，试验主要包括对数据传输实时性㊁数据可靠性㊁半实物仿真试验流程正确性进行验证㊂４１㊀系统实时性验证表１的测试数据可以得出，多个实时性能指标ＲＴＳＳ线程明显优于Ｗｉｎ３２线程㊂作者利用ＲＴＳＳ工作线程来完成仿真，可以获得较好的实时性能，满足实时仿真对实时性的要求㊂本文设计的半实物仿真系统中加入了导弹制导控制６ＤｏＦ模型㊁调度流程等，需要对半实物仿真系统的实时性进行性能测试㊂在运行导弹制导控制半实物仿真系统后，对系统的延迟情况进行了２０ｍｓ的测试㊂表２的测试数据表明，基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真系统在加入了导弹制导控制模型后仍具有良好的实时性㊂表１㊀ＲＴＳＳ进程性能测试（ＣＰＵ满负荷下）Ｔａｂ１㊀ＲＴＳＳｐｒｏｃｅｓｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｓ（ｕｎｄｅｒｆｕｌｌＣＰＵｌｏａｄ）测试环境切换时间／ｕｓ高优先级抢先时间／ｕｓ信号量交替延迟时间／ｕｓ异常处理等待时间／ｕｓＷｉｎ３２４７００５０００５１６７１１８ＲＴＳＳ０１７０７５１３６２８０㊀表２㊀系统延迟测试结果Ｔａｂ２㊀Ｓｙｓｔｅｍｄｅｌａｙｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ系统最大延迟／ｕｓ最小延迟／ｕｓ平均延迟／ｕｓ采样次数运行内容ＲＴＸ７７１４１２５７８次模型解算线程ＲＴＸ９６１４１２５７２次数据通讯线程ＲＴＸ５８１４１２５７６次管理线程㊀４２㊀半实物仿真数据传输正确性验证作者需要通过工业控制计算机对控制组合模拟单元进行诸元装订，实时仿真软件中Ｗｉｎ３２进程通过读取本地文件初始诸元参数，再通过共享内存下传到图３㊀地面监控软件数据与控制组合模拟单元数据对比Ｆｉｇ３㊀Ｄａｔａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｂｉｎｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｕｎｉｔ在半实物仿真过程中，ＲＴＳＳ进程通过定时器以５ｍｓ为周期，将惯导和导引头数据通过ＲＳ４２２串口下传到控制组合模拟单元进行模型解算，然后控制组合模拟单元通过ＲＳ４２２串口将模型解算数据上传至实时仿真软件中ＲＴＳＳ进程，ＲＴＳＳ进程再通过共享内存上第６期指挥控制与仿真１４５㊀传至Ｗｉｎ３２进程，Ｗｉｎ３２进程通过ＶＭＩＣ光纤通信模块上传至工作站中地面监控软件，完成实时仿真数据监控㊂图３中蓝线表示地面监控软件通过光纤通信模块接收ＲＴＳＳ进程发送的模型解算数据，红线表示控制组合模拟单元发送至工业控制计算机中ＲＴＳＳ进程的数据㊂通过对比可以得到结论：地面监控软件接收的数据与控制组合模拟单元遥测输出的数据相同，半实物仿真系统数据传输没有误差，该半实物仿真系统可靠性和数据传输准确性高㊂综上所述，本文所介绍的半实物仿真系统设计合理，且具有高实时性㊁高准确性㊁高可靠性㊂５㊀结束语本文主要介绍了基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真系统的基本原理与系统组成，通过详细描述半实物仿真系统的组成及工作原理，并且根据场景验证，基于ＲＴＸ的制导控制半实物仿真平台可实现控制组合模拟单元软件上传㊁实时控制导弹制导半实物仿真指令下发㊁实时监控仿真过程中导弹各参数等功能㊂测试结果表明该半实物仿真系统是正确且合理的㊂参考文献：［１］㊀杨宝庆，马杰，姚郁．飞行器半实物仿真装备研究进展与展望［Ｊ］．宇航学报，２０２０，４１（６）：６５７⁃６６５．ＹＡＮＧＢＱ，ＭＡＪ，ＹＡＯＹ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｐｒｏｓ⁃ｐｅｃｔｓｏｆｆｌｉｇｈｔｖｅｈｉｃｌｅｓｉｍｕｌａｔｏｒｓｆｏｒＨＷＩＬｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２０２０，４１（６）：６５７⁃６６５．［２］㊀朱亚芬，夏丰领．空空导弹制导半实物仿真视景仿真技术研究［Ｊ］．计算机仿真，２０１９，３６（３）：８３⁃８６．ＺＨＵＹＦ，ＸＩＡＦＬ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＡＡＭＶｉｓｕａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢａｓｅｄｏｎＨＩＬ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２０１９，３６（３）：８３⁃８６．［３］㊀高云阁，马建伟．旋转导弹控制器模型设计的半实物仿真［Ｊ］．测控技术，２０１８，３７（１０）：１４３⁃１４７．ＧＡＯＹＧ，ＭＡＪＷ．Ｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃Ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｐｉｎｎｉｎｇｍｉｓｓｉｌｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍｏｄｅｌｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，３７（１０）：１４３⁃１４７．［４］㊀肖冰，刘维国．多模复合制导系统半实物仿真技术应用研究［Ｊ］．计算机仿真，２０１９，３６（１２）：１⁃４，４００ＸＩＡＯＢ，ＬＩＵＷＧ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｍｕｌｔｉｍｏｄｅｃｏｍｐｏｕｎｄｇｕｉｄａｎｃｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２０１９，３６（１２）：１⁃４，４００．［５］㊀王超磊，杜渐，石建华．红外成像制导防空导弹半实物仿真方法研究［Ｊ］．上海航天，２０１９，３６（４）：６５⁃７０．ＷＡＮＧＣＬ，ＤＵＪ，ＳＨＩＪＨ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｆｏｒｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｇｕｉｄａｎｃｅａｉｒｄｅｆｅｎｓｅｍｉｓｓｉｌｅ［Ｊ］．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｈａｎｇｈａｉ，２０１９，３６（４）：６５⁃７０．［６］㊀张宇辛，崔连虎．基于地面坐标系偏置法的导弹制导半实物仿真目标模拟能力拓展方法［Ｊ］．战术导弹技术，２０２０（２）：７４⁃８２．ＺＨＡＮＧＹＸ，ＣＵＩＬＨ．Ｔａｒｇｅｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｅｘｐａｎｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｍｉｓｓｉｌｅｇｕｉｄａｎｃｅｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｇｒｏｕｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｂｉａｓｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＴａｃｔｉｃａｌＭｉｓｓｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０（２）：７４⁃８２．［７］㊀姜智，闫智强，成高，等．基于导弹半实物仿真的三维场景构建［Ｊ］．电子设计工程，２０２０，２８（１５）：８３⁃８７．ＪＩＡＮＧＺ，ＹＡＮＺＱ，ＣＨＥＮＧＧ，ｅｔａｌ．３Ｄｓｃｅｎｅｃｏｎ⁃ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｍｉｓｓｉｌｅｓｅｍｉ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅ⁃ｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，２８（１５）：８３⁃８７．［８］㊀宋卫东，马宁，李建华，等．导引头抗有源投掷式诱饵干扰半实物仿真［Ｊ］．制导与引信，２０２２，４３（２）：２５⁃３１．ＳＯＮＧＷＤ，ＭＡＮ，ＬＩＪＨ，ｅｔａｌ．Ｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｌｏｏｐｓｉｍ⁃ｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｅｅｋｅｒａｇａｉｎｓｔａｃｔｉｖｅｃａｓｔｄｅｃｏｙｊａｍｍｉｎｇ［Ｊ］．Ｇｕｉｄａｎｃｅ＆Ｆｕｚｅ，２０２２，４３（２）：２５⁃３１．［９］㊀ＺＨＯＵＷＢ，ＺＨＡＮＧＣＸ，ＷＡＮＧＳＹ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｏｆｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｔｒａｐｄｏｗｎｓｅｍｉ⁃ａｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｅｅｋｅｒ［Ｊ］．ＩＯＰＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳｅｒｉｅｓ：ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，７９３（１）：０１２０６５．［１０］ＷＵＨＬ，ＣＡＩＭＸ，ＨＥＺＫ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｎｉｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ：ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳｅｒｉｅｓ，２０２２，２３６６（１）：０１２０５１．［１１］ＳＩＮＨＡＡ，ＫＵＭＡＲＳＲ，ＭＵＫＨＥＲＪＥＥＤ．Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｉｎ⁃ｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２（１２０）：１０７２６２．［１２］豆建斌，王小兵，单斌，等．制导武器半实物仿真试验可信度评估研究［Ｊ］．系统仿真学报，２０１７，２９（１２）：３０２３⁃３０２９．ＤＯＵＪＢ，ＷＡＮＧＸＢ，ＳＨＡＮＢ，ｅｔａｌ．Ｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕ⁃ａｔｉｏｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｆｏｒｇｕｉｄｅｄｗｅａｐｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２０１７，２９（１２）：３０２３⁃３０２９．［１３］刘聪，张洋．激光制导武器半实物仿真系统的分析与实现［Ｊ］．电子制作，２０２１（２）：３１⁃３２，２４．ＬＩＵＣ，ＺＨＡＮＧＹ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈａｒｄ⁃ｗａｒｅ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｌａｓｅｒｇｕｉｄｅｄｗｅａｐｏｎｓ［Ｊ］．ＰｒａｃｔｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２１（２）：３１⁃３２，２４．（责任编辑：胡前进）。

基于matlab无刷直流电机驱动控制系统的仿真本科设计论文

基于matlab无刷直流电机驱动控制系统的仿真摘要：在分析无刷直流电机(BLDCM)数学模型的基础之上,提出了一种新型的无刷直流电机控制系统建模仿真方法。

在Matlab /Simulink环境之下,利用无刷直流电机的电压方程、电磁转矩方程和运动方程构建了无刷直流电机本体的仿真模型。

系统采用单闭环控制:速度环采用经典PI控制,电流控制采用滞环电流跟踪型PWM。

仿真实验结果表明:系统具有良好的静、动态特性,验证了该方法的有效性,为实际电机控制系统的设计和调速提供了新的思路。

关键词：无刷直流电机；模型；simulink；仿真；霍尔位置传感器；引言电机在人类社会中的应用已有近100 多年的历史，电机的发展是从永磁电机开始的。

诞生于19 世纪20 年代的第一台电机便是一台永磁发电机，但由于材料的制约，在随后的岁月里，永磁电机逐渐被电励磁电机所取代，而交流异步电机的出现并广泛应用，进一步压缩了永磁电机的应用空间。

直至上世纪60 年代稀土永磁材料的出现，影响永磁电机广泛使用的材料问题得以基本解决，永磁电机又开始被广泛关注。

但由于稀土材料昂贵的价格，永磁电机仅应用在对成本要求相对较低的场合。

上世纪80 年代初，新型永磁材料钕铁硼的出现，大大降低了永磁体的成本，永磁电机才在较多的场合得到了应用。

无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。

现阶段，虽然各种交流电动机和直流电动机在传动应用中占主导地位，但无刷直流电动机正受到自20世纪90年代以来，随着人们生活水平的提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都越来越趋向于高效率化、小型化及高智能化，作为执行元件的重要组成部分，电机必须具有精度高、速度快、效率高等特点，无刷直流电机的应用也因此而迅速增长。

随着永磁电机的广泛应用，其本身的缺陷也逐渐体现出来。

传统的永磁电机往往使用电刷这种机械部件作为换向器，在运行过程中，电刷带来了换向火花、电磁干扰等问题；同时，电刷换向器极易磨损，造成了永磁电机维护频率高，维护过程复杂；机械式电刷换向器还限制了电机转速的提高和体积的缩小。

基于RT-LAB的电力推进船舶半物理仿真研究

基于RT-LAB的电力推进船舶半物理仿真研究汪敏;欧阳松;杨俊飞【摘要】Small scaled model is often used in the research of electric propulsion ship. At the same time, simulation is also used in the research taking sites and funds into consideration. It has the defect because of the lack of confidence level in simulation. Based on the real-time simulation machine RT-LAB, the equipment which is restricted by sites and funds can be running in RT-LAB as models. Semi-simulation platform consists of RT-LAB and other substantial equipments. By this way, the confidence level can be improved and the working condition can be also modified freely.%实验室内电推船舶的研究常采用小比例模型的方式。

考虑到场地和经费的因素，仿真技术也被应用于电推船舶的研究，但是数字仿真存在置信度不足的缺点。

本文以实时仿真机 RT-LAB 为基础，将受场地经费限制的设备以模型的形式在仿真机中运行，与实物一起搭建电推船半物理仿真平台。

既可以克服数字仿真置信度不足的缺点，同时也便于进行工况的修改。

【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2016(036)004【总页数】4页(P77-80)【关键词】电力推进船舶;半物理仿真;RT-LAB【作者】汪敏;欧阳松;杨俊飞【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064;武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064;武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言20世纪 80年代以来，电力电子技术的发展和调速变换器技术的进步，为电力推进船舶的发展奠定了基础。

基于RT-LAB半实物仿真平台的风电机组一次调频实验方法研究

ISSN 1002-4956 CN11-2034/T实验技术与管理Experimental Technology and Management第37卷第11期2020年11月Vol.37 No. 11Nov. 2020D O I:10.16791/ki.sjg.2020.11.048基于RT-L A B半实物仿真平台的风电机组一次调频实验方法研究颜宁\张冠锋U，满林坤3，马少华\赵海川1(1.沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳110870; 2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳110003; 3.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁沈阳110015)摘要：风电机组存在随机性、波动性等问题给电网带来的安全隐患，W此随着风电机组并网规模的不断加大，如何更为准确快速地实现风电机组频率控制，实现风电机组并网稳定性成为亟待解决的问题：为了使学生更为准确地理解风电机组的调频控制策略，设计了以双馈风电机组(doubly-fed induction generator, DFIG)为例的一次凋频控制实验首先，通过下垂控制方法对D FIG进行一次调频控制；其次，采用稳态及暂态调频相结合的方法，提高频率响应特性；最后，采用RT-LAB半实物仿真平台搭建DF1G控制实验架构，通过仿真分析与实验验证相结合的方法，验证所提方法对风电机组调频的响应能力关键词：风电机组；调频；实验教学；RT-LAB中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2020)11-0226-04Research on primary frequency regulation experimental method of wind turbine based on RT-LAB semi-physical simulation platformY A N N i n g1,Z H A N G G u a n f e n g12,M A N L i n k u n3,M A S h a o h u a1,Z H A O H a i c h u a n1(1. School of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China;2. State Grid Liaoning Electric Power Research Institute, Shenyang 110003, China;3. Economic ResearchInstitute of State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd., Shenyang 110015, China)A b stract:Wind power generation has the safety risks brought by the randomness, volatility and other problems to the grid. Therefore, with the increasing scale of wind turbines, the question of how to control the frequency of wind turbines more accurately and quickly and realize the stability of grid connected wind turbines has become an urgent problem to be solved. In order to make students understand the frequency control strategy of wind turbine more accurately, a primary frequency control experiment is designed, which uses doubly-fed induction generator (DFIG) as an example. Firstly, the droop control method is used to control the primary frequency modulation of DFIG. Secondly, the combination of steady-state and transient frequency modulation is adopted to improve the frequency response characteristics. Finally, the RT-LAB hardware in the loop simulation platform is used to build the DFIG control experimental framework, and the response ability of the proposed method to wind turbine frequency regulation is verified by combining simulation analysis with experimental verification.K ey w o r d s:wind turbine; frequency modulation; experimental teaching; RT-LAB国家能源局发布“十三五规划”中指出：要大规模提高清洁能源并网，实现电能替代[1]。

基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模与仿真

［摘要］无刷直流电机具有矩形电流波形，梯形反电动势。

定子和转子的互感是非线性的。

形符合理论分析，系统能平稳运行，具有较好的静、动态特性。

同时，该模型提供的各仿真模块具有通用性。

因此，它为分析和设计无刷直流电机控制系统提供了有效手段和工具，也为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。

［关键词］无刷直流电机；建模；仿真基于Matlab 的无刷直流电机控制系统建模与仿真殷淑英（青岛科技大学，山东青岛266011）1永磁无刷直流电机（BLDC ）的数学模型无刷直流电机具有矩形电流波形，梯形反电动势。

定子和转子的互感是非线性的。

因此，在分析和仿真BLDC 控制系统时，为简化仿真模型的建立，作以下的假设：定子绕组为60o 相带整距集中绕组，Y 形连接，忽略齿槽效应，转子上没有阻尼绕组，电机无阻尼作用。

由此则可建立三相绕组的电压转矩，状态平衡方程及可表示为：1.1电压方程三相绕组的电压平衡方程可表示为：（1）1.2转矩方程BLDCM 的电磁转矩方程可表示为Te=p n （e a i a +e b i b +e c i c）／ω（2）BLDCM 的运动方程可表示为：Te=T L +B ω+Jdt ／d ω（3）式中：P n 为极对数；Te 为电磁转矩；T L 为负载转矩；B 为阻尼系数；ω为电机机械转速。

2仿真模型的建立BLDC 建模仿真系统采用双闭环控制方案：转速环由PID 调节器构成，电流环由电流滞环调节器构成。

根据模块化建模的思想，将控制系统分割为各个功能独立的子模块。

把这些功能模块和S 函数相结合，搭建出BLDC 控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法，图中各功能模块的作用与结构简述如下：2.1电机本体模块直流无刷电机本体模块的建立是根据电压方程式（1）构建的。

电机本体的输入为逆变模块的输出的三相端电压，输出是三相电流。

电机绕组反电势波形为梯形波，其形状与电角度有关，其幅值的大小与电机转速成正比，因此电机反电势可表示成函数e=f （ω，θ）。

基于RT-LAB的PET中间级直流变换器半实物仿真平台设计

基于RT-LAB的PET中间级直流变换器半实物仿真平台设计刘京斗;李小均;吴学智;荆龙;王旭亮【摘要】隔离型双向DC/DC变换器是电力电子变压器(PET)的重要组成部分,其性能好坏将显著影响整个PET的功能.大功率隔离型双向DC/DC变换器多采用模块化串并联的方式实现.设计过程中存在控制复杂、研发周期长、测试困难等问题.本文基于RT-LAB搭建了包含模块化隔离型双向DC/DC变换器实际物理装置的半实物仿真平台,利用RT-LAB的控制功能及在线参数调试等特点对系统进行优化设计.实现了输入串联输出并联型DC/DC变换器均压均流控制策略.结果表明:该半实物仿真平台是研究模块化DC/DC变换器系统的有效方法.%Isolated bi-directional DC/DC converter is an important part of power electronic transformers,its performance will significantly affect the function of the entire Power Electronic Transformers(PET).Modular series-parallel structure is an effect way to realize high-power isolated bi-directional DC/DC converter,while the challenge of control complexity,testability and long developing cycle exist.A hardware-in-the-loop simulation platform is proposed and implemented on RT-LAB,which includes the physical device of the modular isolated bi-directional DC/DC converter and its control part.The system is optimized with RT-LAB control and online tuning function.The input-series-output-parallel DC/DC converter voltage and current equalization control strategy is realized.The results show that the hardware simulation platform is an effective method in studying the modular DC/DC converter system.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2017(041)002【总页数】6页(P117-122)【关键词】隔离型双向DC/DC变换器;半实物仿真;电力电子变压器;输入串联输出并联【作者】刘京斗;李小均;吴学智;荆龙;王旭亮【作者单位】北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心,北京100044;北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心,北京100044;北京电动车辆协同创新中心,北京100044;北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心,北京100044;北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TM46电力电子变压器(PET)具有电压变换、潮流控制和故障隔离等功能,是未来智能配电网的重要电气设备[1].PET通常具有三级结构,包括高压侧的模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)、中间级隔离型双向DC/DC变换器和低压侧逆变器[2].由于PET的容量较大,中间级的DC/ DC变换器设计尤为关键,为降低难度,通常采用模块化串并联结构.目前,针对大容量模块化DC/DC变换器的研究大多处于电路拓扑、仿真验证和原理样机阶段,因此其控制算法并不成熟[3].由于隔离型双向DC/DC变换器拓扑结构复杂,开关器件多,通常采用数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)进行控制,不仅编写程序耗费时间,而且无法实现在线参数调整.多个模块组成系统后,设计和调试的复杂性进一步提高,给控制系统的设计和验证带来很大的挑战.RT-LAB实时仿真系统具有计算精度高、实时性强和稳定性好等优点,已在国内外被广泛应用[4].文献[5]搭建了基于RT-LAB的3 MW风电变流器硬件在环仿真平台,结果表明:该平台所用控制算法对实际变流器同样适用.文献[6]利用RT-LAB半实物仿真平台验证了MMC的控制算法,结果表明:该平台是研究MMC的一种有效手段.文献[7]设计了基于RT-LAB的多端直流输电实验平台,实验结果表明:该系统能够实现多端系统的稳定运行.为缩短研发周期,本文作者设计了基于RTLAB实时仿真平台的模块化隔离型双向DC/DC变换器硬件在环仿真系统,以此来完成控制算法的开发.并在该半实物仿真平台上完成了两台DC/DC变换器输入串联输出并联(ISOP)的稳态和动态实验,结果表明:该平台可以为模块化DC/DC变换器研究开发提供有效途径.1.1 单台隔离型DC/DC变换器工作原理本文设计的半实物仿真平台所用模块化DC/ DC变换器主电路由4台双向隔离型DC/DC变换器组成,单台DC/DC变换器的电路拓扑如图1所示,包括一个半桥和两个H桥.在Buck模式下,通过控制H1桥上管的占空比调节输出电压,H2桥和H3桥都为50%占空比互补导通状态;在Boost模式下,H1桥的上管一直开通,下管一直关断,H2桥为50%占空比互补导通状态,H3桥通过桥臂间的移相实现升压.1.2 ISOP型DC/DC变换器控制策略在配电网应用场合下,由于输入电压高而输出电压低,故本文的DC/DC变换器采用ISOP结构[8],如图2(a)所示。

基于Matlab的无刷直流电动机驱动系统仿真建模

基于Matlab的无刷直流电动机驱动系统仿真建模
张健;王笑竹
【期刊名称】《四川理工学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2017(030)002
【摘要】基于Matlab/Simulink工具搭建无刷直流电机驱动系统仿真平台,分别建立直流无刷电机的本体模型和驱动控制模型,详细介绍了系统中各个子模块的搭建方式和实际功能,为分析驱动控制算法和策略可行性提供有效的仿真环境.通过实验仿真曲线特征和变化规律,实现了驱动系统各项性能评价指标和PID参数整定的验证,模型参数也为实际电机控制系统的设计和调试提供支撑.系统模型具有很好的灵活性和通用性,在此基础上通过简单的替换和修改就可以搭建和仿真使用其他控制算法和控制策略的仿真模型,为模糊控制、模糊PID控制和再生制动控制策略建立仿真环境提供参考,减少验证过程中的工作量.
【总页数】5页(P16-20)
【作者】张健;王笑竹
【作者单位】营口理工学院,辽宁营口115014;营口理工学院,辽宁营口115014【正文语种】中文
【中图分类】TM33
【相关文献】
1.无刷直流电动机驱动系统Matlab仿真建模及模型中S函数的实现 [J], 叶长青;尹华杰;赵海波
2.基于TB6575FNG的无刷直流电动机驱动系统设计 [J], 朱建江;蒋宏骏;杨浩东
3.基于dsPIC30F2010的无刷直流电动机正弦波驱动系统设计 [J], 马瑞卿;李颖;刘冠志
4.基于MATLAB/Simulink的航空发动机仿真建模 [J], 朱闪闪
5.基于IR2181的永磁无刷直流电动机驱动系统设计 [J], 彭晓宇
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基于MATLAB无刷直流电机伺服系统的仿真

基于MATLAB无刷直流电机伺服系统的仿真
陶可妍;闫英敏
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2007(0)28
【摘要】该文对无刷直流电机的伺服控制系统进行了计算机仿真研究.在分析无刷直流电机(BLDCM)数学模型的基础上,运用MATLAB软件建立了伺服系统的仿真模型.由于系统复杂,首先在Matlab/Simulink中,建立独立的功能模块,如BLDCM 本体模块、转子位置计算模块、换相逻辑模块等,再进行功能模块的有机整合,搭建无刷直流电机系统的仿真模型.仿真结果证明了该方法的有效性,为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路.
【总页数】3页(P214-216)
【作者】陶可妍;闫英敏
【作者单位】050003,河北石家庄,军械工程学院电力工程系;050003,河北石家庄,军械工程学院电力工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于Matlab/Simulink的无刷直流电机控制系统建模与仿真 [J], 张军;时培成;彭闪闪;
2.基于无刷直流电机的伺服系统低速性能仿真研究 [J], 王括;田胜利;李清;王鑫
3.基于SimplorerPro的无刷直流电机伺服系统仿真 [J], 闫英敏;刘卫国
4.基于MATLAB/Simulink/SimScape的无刷直流电机的建模与仿真 [J], 林莲
5.基于Matlab的无刷直流电机控制算法建模与仿真 [J], 杨晓玫;彭程;吴高峰;薛瑛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。