motor_BLDC_Matlab仿真学习 初探1

1、1主主 要要 内内 容容一、一、 BLDC与永磁同步电机与永磁同步电机PMSM的区别的区别二、永磁直流无刷电机的数学模型二、永磁直流无刷电机的数学模型三、基于三、基于 MATLAB 的的 BLDC 系统模型的建立系统模型的建立四四 、MATLAB中中S函数的概念及使用函数的概念及使用五五 、一周总结和计划、一周总结和计划2永磁直流无刷电机永磁直流无刷电机BLDCBLDC与永磁同步电机与永磁同步电机PMSMPMSM的区别的区别t 无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置

2、信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。本质上，无刷直流电机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速变压变频调速范畴。 通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制方式。 3永磁直流无刷电机与永磁同步电机的区别永磁直流无刷电机与永

3、磁同步电机的区别t两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。t无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频，从电机理论上讲，无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似，应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机，因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看，称之为“无刷直流电机”也算是合适的。 Permanent Magnet Synchronous MachinePermanent Magnet Synchronous MachinetPermanent Magnet Synchronous Machine The Permanent Magnet Sy

4、nchronous Machine block operates in either generator or motor mode. The mode of operation is dictated by the sign of the mechanical torque (positive for motor mode, negative for generator mode). The electrical and mechanical parts of the machine are each represented by a second-order state-space mod

5、el. The sinusoidal model assumes that the flux established by the permanent magnets in the stator is sinusoidal, which implies that the electromotive forces are sinusoidal. For the trapezoidal machine, the model assumes that the winding distribution and flux established by the permanent magnets prod

6、uce three trapezoidal back EMF waveforms4MATLABMATLAB自带例程自带例程5永磁直流无刷电机与永磁同步电机的区别永磁直流无刷电机与永磁同步电机的区别t直流无刷电机的梯形波方式的特点是转矩大，成本低，但是噪音大，转矩脉动大。而永磁同步电机的弦波方式转矩相对小一些，成本高，但是噪音小，转矩脉动小，因此一般来说伺服电机采用永磁同步电机方式优于直流无刷电机，而动力电机采用直流无刷电机优于永磁同步电机。6永磁直流无刷电机的数学模型永磁直流无刷电机的数学模型7三相绕组为星形连接，且没有中线，则有三相绕组为星形连接，且没有中线，则有 i a+ ib+ ic=0

7、 Mib + Mic = -Mia得到最终电压方程：得到最终电压方程：永磁直流无刷电机的数学模型永磁直流无刷电机的数学模型8根据电压方程式可得电机的等效电路图根据电压方程式可得电机的等效电路图 永磁直流无刷电机的数学模型永磁直流无刷电机的数学模型9定子绕组产生的定子绕组产生的电磁转矩电磁转矩：电磁功率电磁功率：电磁转矩电磁转矩：运动方程运动方程：其中其中 为电磁转矩；为电磁转矩； 为负载转矩；为负载转矩；B为阻尼系数；为阻尼系数； 为电机机械为电机机械转速；转速；J为电机的转动惯量。为电机的转动惯量。 基于基于 MATLAB MATLAB 的的 BLDC BLDC 系统模型的建立系统模型的建立

8、10基于基于 MATLAB MATLAB 的的 BLDC BLDC 系统模型的建立系统模型的建立11BLDC 建模仿真系统采用双闭环控制方案：建模仿真系统采用双闭环控制方案：转速环由转速环由 PI 调节器构成，电流环由电流滞环调节器构成。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，控制系统分割为各个功能独立的根据模块化建模的思想，控制系统分割为各个功能独立的子模块。子模块。其中主要包括：其中主要包括： BLDC 本体模块、电流滞环控制模块、速本体模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、参考电流模块、转矩计算模块和电压逆变模度控制模块、参考电流模块、转矩计算模块和电压逆变模块。通

9、过这些功能模块的有机整合，就可在块。通过这些功能模块的有机整合，就可在Matlab/Simulink 中搭建出中搭建出 BLDC 控制系统的仿真模型，控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法。并实现双闭环的控制算法。基于基于 MATLAB MATLAB 的的 BLDC BLDC 系统模型的建立系统模型的建立12基于基于 MATLAB MATLAB 的的 BLDC BLDC 系统模型的建立系统模型的建立13基于基于 MATLAB MATLAB 的的 BLDC BLDC 系统模系统模型的建立型的建立1415MatlabMatlab中中S S函数的概念及使用函数的概念及使用S函数即系统函数Syst

10、em Function的意思，为什么要使用S函数呢？因为在研究中，有时需要用到复杂的算法设计等，而这些算法因为其复杂性不适合用普通的Simulink模块来搭建，即matlab所提供的Simulink模块不能满足用户的需求，需要用编程的形式设计出S函数模块，将其嵌入到系统中。如果恰当地使用S函数，理论上，可以在Simulink下对任意复杂的系统进行仿真。16MatlabMatlab中中S S函数的概念及使用函数的概念及使用Matlab为了用户使用方便，有一个S函数的模板sfuntmpl.m，一般来说，我们仅需要在sfuntmpl.m的基础上进行修改即可。在主窗口输入edit sfuntmpl即可

11、出现模板函数的内容，可以详细地观察其帮助说明以便更好地了解S函数的工作原理。模板函数的定义形式为functionsys,x0,str,ts=sfuntmpl(t,x,u,flag)，一般来说，S函数的定义形式为sys,x0,str,ts=sfunc(t,x,u,flag,p1,Pn)，其中的sfunc为自己定义的函数名称，以上参数中，t、x、u分别对应时间、状态、输入信号，flag为标志位，其取值不同，S函数执行的任务和返回的数据也是不同的，pn为额外的参数，sys为一个通用的返回参数值，其数值根据flag的不同而不同，x0为状态初始数值，str在目前为止的matlab版本中并没有什么作用，一般str=即可，ts为一个两列的矩阵，包含采样时间和偏移量两个参数，如果设置为0 0，那么每个连续的采样时间步都运行，-1 0则表示按照所连接的模块的采样速率进行，0.25 0.1表示仿真开始的0.1s后每0.25s运行一次，采样时间点为TimeHit=n*period+offset。17MatlabMatlab中中S S函数的概念及使用函数的概念及使用18MatlabMatlab中中S S函数的概念及使用函数的概念及使用 转子位置和三相参考电流的关系表19MatlabMatlab中中S S函数的概念及使用函数的概念及使用 参考电流模块Simulink测试图