无刷直流电机控制系统建模与仿真

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进程。
因 而定 子绕 组 的 自感 和 互感 为 常数 。 当采 用Y 形 联结 时 ,i + i b + i 。 = 0 ,因而 有 :

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囤1梯形波反 电动势和方波电流
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I 一 研筮 …………………………

无 刷 直 流 电 机 控 制 系 统 建 模 与 仿 真
中北 大学信息与通信 工程 学院 孔祥 吉 侯
由电流滞环 比较器构成。仿真结果表明,此种建模方法具有快速、实用的优 点,有 利于无刷直流 电机控制系统的快速开发。
【 关 键 词 】无 刷 直 流 电机 ; 电 流…
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Mj J L e c J
本 文 以两 相导 通 星形 三相 六状 态方 式 下 ,分 析 B L D C M的数 学模 型 及 电磁 转 矩 等 特性 。为 了方 便分析 ,作 如下假 设 。 。 ] :

【 摘要 】 ̄ i Ma t l a b / S i mu l i n k 3 = ,结合s i m曲n k 基础模块与s — F u n c i t o n ,构建 了无刷直流 电机控制 系统的仿真模型 。系统采用双 闭环控制 :速度环采用P I 控 制,电流环
1 引 言
e, l
无刷直流 电机 ( B r u s h l e s s D C M o t o r , 以下 简 称B L D C M )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 。 以其 启 动转 矩大 、调速 性 能 好 、 效率 高 、过载 能 力 强 、性 能稳定 、控 制 结 构简 单等 优 点 ,同 时还 保 留了普 通 直 流 电机 优 良的 机 械 特 性 , 广 泛 应 用 于 伺 服 控 制 、数控 机 床 、机 器 人等 领域 …。 随 着B L D C M 应 用领 域 的不 断 扩大 ,对 控 制系 统 设计 提 出 了更 高 的 要 求 。为 此 , 建立 B L D C M 控 制 系 统 的可 视 化 仿真 模 型 ,可 以 有 效 的减 少控 制 系统 的 设计 时 间, 同时充 分 利用 S i m u l i n k 仿 真的优 越性 ,加入 不 同 的 扰动 以及变 化 的参 数 , 以便 考 察 系统在 不 同控 制 条件 下 的动 、静 态特 性 。在 分 析 了B L D C M 数 学模 型 的 基础 上 , 借助 M A T L A B 的S i m u l i n k 工 具 ,建立 了B L D C M 控 制 系 统 的 仿 真模 型 ,并利 用 该模 型 ,进 行 了控制 系 统 的仿 真试 验 ,结 果表 明,通 过该 仿 真 模 型验 证 了数 学模 型 的有 效 性及 控制 系 统 的合 理 性 ,加 快 了B L D C M 控 制系 统 的 调 试

式 中 ,B 为 阻尼 系 数 :J 为 电机 的转 动 惯量 ;T 为负 载转矩 。 ( 4 ) 电枢 绕组在 定子 内表 面均 匀连续分 3 . 无刷直 流 电机模 型的建 立 布。 在M a t l a b R 2 0 1 2 的S i m u l i n k 环 境下 , 则根 据 B L D C M 的 特 性 , 可 建 立 其 电 压 利 用S i m P o w e r S y s t e m T o o l b o x 5 . 6 丰 富 平 衡 方 程 、 电 磁 转 矩 方 程 以 及 转 子 运 动 方 的模 块 库 , 在分 析 B L D C M 数 学 模 型 的基 础 程。 上 ,建 立B L D C M 控 制 系统 仿 真 模 型 ,系 统 2 . 1 电 压 平 衡 方 程 设计框 图如 图2 所示。 B L D C M ̄ 定 子 电 压 的 平 衡 方 程 可 用 三 三 三三 以下方程 表示 :
= + B 0 ) + J ( 4 )
2 . 无 数直 流电机 的数 学模 型 B L D C M由定子 三 相 绕 组 、 永磁 转 子 、 逆 变 器 、转 子磁 极 位置 检 测器 等组 成 …, l 『 r o o ] 其 转 子采 用 瓦形磁 钢 ,进 行 特殊 的磁 路 设 1 0 r 0 l + 计 ,可获 得梯 形 波 的气 隙磁 场 ,定 子绕 组 j l 0 0 r 儿 采 用 集 中整距 绕 组 , 由逆变 器提 供 给方 波 『 £肼吖 ]f ‘ ]『 ] l 电流 。B L D C M 梯 形波 反 电动 势 和方 波 电流 I M L M i b H { 之 间 的关 系 ,如 图 l 所示 。B L D C M的反 电动 L M L J J J 势 波 形 是 梯 形 波 , 并 且 定 子 和 转 子 间 的 其 中,u 、u 、u。 为 定 子 相 绕 组 电 互 感 是 非正 弦 的 ,在此 ,采 用 感应 电动 压 ; i 。 、i 、i 为 定 子相 绕组 电流 ;e 、 机d — q 变 换 理 论 的 方法 进 行 分 析 效果 不 理 e 、e c 为定 子相 绕组 反 电势 ;L 为每相 绕 组 想 ,而直 接 利用 电动机 原有 的 相变 量法 , 的 自感 ;r 为 每相 绕 组 的内 阻 ;M 为 每两 相 根 据 转子 位 置 ,采 用分 段线 性 表示 感应 电 绕 组 的 互 感 。 动势。 由于转 子磁 阻不 随 转子 的位 置变 化 ,
2 . 2 电磁 转 矩 方 程

二( ‘ ‘ + )
( 3 )
( 1 ) 三相 绕组完全 对称 ,气隙磁 场分布 为梯 形波 ,平顶 宽为 1 2 0 。电角度 ; ( 2 ) 忽略齿 槽 、换 相过程 和 电枢 反应 的
影 响:
式 中 ,T 为 电磁转 矩 ; 。为 角速度 。 2 . 3转子 运动 方程
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