基于MATLAB的无刷直流电机双闭环控制系统仿真研究.docx

基于MATLAB的无刷直流电机双闭环控制系统仿真研究

内容摘要

无刷直流电动机具有工作效率高，没有换向器，良好的速度控制的效果，寿命长等优点的优点，并在许多领域，如变速制冷技术，电动车辆牵引，以及电机系统已经被使用。

本文选择双闭环控制技术对无刷直流电机的速度进行调节。首先介绍无刷直流电机，其结构和工作原理的特点；其次，数学分析，建立了无刷直流电动机的模型；第三，双闭环PI速度调整被采用，以及相关的设计主要是进行。PI控制器的改进是，消除在稳定状态下的无电刷DC电机的静态误差；最后，基于在MATLAB/Simulink平台上，控制系统的仿真模型被建立，并且速度闭环无刷直流电动机进行仿真的控制系统。仿真结果表明，该模型具有快速的转矩响应，小电流纹波，稳定与电机的可靠运行，以及良好的静态和动态特性。无刷直流电动机的双闭环控制采用电流滞后，其具有简单的结构和快速响应，其具有一定的理论和应用意义。

关键词：无刷直流电机；PI控制器；双闭环控制

目录

TOC\o1-3\h\z\u内容摘要 1

1绪论 4

1.1课题的背景及意义 4

1.2国内外发展现状 5

1.2.1国外无刷直流电机控制发展现状 5

1.2.2我国无刷直流电机控制发展现状 6

1.3本文的主要内容 9

2系统控制方案总体设计 9

2.1设计要求 9

2.2无刷直流电动机的工作原理 10

2.2.1无刷直流电机基本组成 10

2.2.2无刷直流电机的位置和速度检测 11

2.3无刷直流电机的建模 13

2.3.1无刷直流电机的电压方程 13

2.3.2电磁转矩和状态方程 13

2.3.3传递函数 14

2.3.4反电势方程 14

3无刷直流电机双闭环控制的原理和设计 15

3.1无刷直流电机双闭环控制的原理 15

3.1.1无刷直流电机转速控制系统的组成 15

3.1.2无刷直流电动机转速、电流控制过程 17

3.2逆变器及电流转速反馈通道的数学模型 17

3.3转速电流双闭环的设计 18

3.3.1电流环动态结构框图 18

3.3.2电流调节器设计 19

3.3.3转速调节器的设计 20

4系统仿真 22

4.1无刷直流电机双闭环控制整体控制框图 22

4.2电机本体模块 22

4.3电流滞环控制模块 25

4.4转速控制模块 25

4.5电流参考模块 25

4.6逆变器模块 26

4.7仿真结果 27

5结论 28

参考文献 29

1绪论

1.1课题的背景及意义

在过去的二十年中，日本等数个承受高昂能源价格压力的亚洲国家已为空调和冰箱等节能应用实施了变速永磁电机驱动器[1]。另一方面，美国一直在使用廉价的感应电动机驱动器，其效率比可调式永磁电动机驱动器低约10％，以实现节能应用。因此，最近，能源价格的上涨刺激了对变速PM电动机驱动器的更高要求。另外，基于混合动力驱动器的电动机驱动器最近在汽车工业中的迅速普及，产生了对高效PM电动机驱动器的严重需求，这是BLDC电动机开始受到关注的开始。

BLDC电动机，也称为无刷直流电动机，是其中一种获得较快普及的电动机类型，主要是因为它们具有更好的特性和性能[2]。这些电动机的结构适用于任何安全关键型应用，因此在许多工业领域中都得到使用。

无刷直流电动机是一种同步电动机，从建模的角度看，它看起来就像直流电动机，在电流与转矩，电压和rpm之间具有线性关系。它是一个电子控制的换向系统，而不是机械的换向，这是有刷电机的典型特征。另外，电磁体不移动，永磁体旋转，电枢保持静态。这解决了如何将电流传递到运动的电枢的问题。例如，转速比扭矩特性，高动态响应，高效率和可靠性，使用寿命长（无电刷腐蚀），无噪音运行，更高的转速范围以及减少的电磁干扰（EMI）。另外，传递的转矩与电动机尺寸的比率更高，从而使其在空间和重量是关键因素的应用中特别有用，特别是在航空航天应用中。

BLDC电机的控制可以在传感器或无传感器模式下进行，但是为了降低执行装置的总成本，通常使用无传感器控制技术。无传感器BLDC电机控制的优点是可以省去检测部分，因此可以大大降低总成本。无传感器控制的缺点是对控制算法的要求更高，电子设备也更复杂[3]。所有不需要在固定部件和旋转部件之间进行电气连接（由电刷制成）的电动机都可以视为无刷永磁（PM）机器[4]，可以根据PM的安装和背面的情况进行分类。EMF形状。PM可以表面安装在转子上（SMPM）或安装在转子内部（IPM）