【《某无刷直流电机系统设计案例》1300字】

某无刷直流电机系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u25242某无刷直流电机系统设计案例 1298001.1BLDCM的控制结构及Simulink/Matlab的模拟仿真 135811.2对比双闭环PI控制和滞环控制 4315421.3仿真分析 5BLDCM的控制结构及Simulink/Matlab的模拟仿真本文采用无刷直流电机的控制结构框图如图5-1所示，是一个电流转速双闭环PI控制的系统。图5-SEQ图5-\*ARABIC1无刷直流电机控制结构框图无刷直流电机系统以给定转速为调整目标，控制电机转速的大小。无刷直流电动机电流、转速双闭环理想情况下通过电流环得到较大的转矩来快速启动，当速度稳定时，电流的大小基本保持不变从而实现恒转矩输出，通过转速环来调节电动机速度的大小。所以在调节PI参数时，应先调节电流环使得电流达到稳定，后调节速度环。逆变器模块采用BLDCM半桥模式，由三个桥臂6个功率管和6个反并联二极管组成。图5-SEQ图5-\*ARABIC2BLDCM双闭环控制系统仿真模型PWM模块如图5-3所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC3PWM波形生成模块无刷直流电机的无位置控制方法采用第四章中所提到的基于线反电势和反电势过零检测实现PWM-ON-PWM调制方式，如图5-4所示。图中H123是反电势的过零点信号，Habc是线反电势的过零点信号。通过m函数的编译将这六个位置信号转换成逆变器的驱动信号控制电机转子转动，如图5-5所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC4线反电势和反电势过零检测图5-SEQ图5-\*ARABIC5位置信号转换成驱动信号对于无刷直流电动机电流环的目的使为了限制相电流的大小从而控制输出转矩达到稳定值，对于检测电流值的大小会采用两种方式做对比：电流绝对值相加和Clark变换。图5-SEQ图5-\*ARABIC6电流绝对值相加图5-SEQ图5-\*ARABIC7Clark变换方式如图5-8通过Matlab仿真结果我们可以看到，电流绝对值相加与α-β坐标系变换后得到的结果是一样的，在数值上只有倍数的差别。Clark变换是将A、B、C三相电流通过坐标变换变成静止坐标系α-β坐标系的向量，需要得到电流向量的长度则需要通过开方的计算方式，而绝对值相加的计算方式相比于开方在硬件电路上更容易实现，所以我们采用前者作为本章的实现方式。图5-SEQ图5-\*ARABIC8电流环内电流检测波形对比双闭环PI控制和滞环控制将转速环PI的输出信号作为给定电流，与实际电流作比较，形成滞环控制，实现对电流脉动的限制。如图5-6所示，滞环控制的转矩脉动比PI控制的转矩脉动要小，电流滞环宽度减小可以得到更小脉动的转矩波形，有利于减小转矩脉动，但是会带来下面问题：功率管开关频率上升，开关损耗加大。在电机电感较小或轻载（相电流较小）时，电机电流很难控制在滞环之内。开关频率不固定，对采样噪声敏感。所以本文电流环主要还是采用PI控制。图5-SEQ图5-\*ARABIC9滞环控制和PI控制的转矩波形仿真分析对上述的无刷直流电机控制系统进行仿真，Simulink/Matlab仿真步长为1e-6s，开关频率为20kHz，直流电压为70v，恒转矩负载TL=6N*m。电机的主要参数设置如图5-7所示，电机的转动惯量为0.0008kg*m²，极对数为7，相电阻为0.043ohm，自感Ls为0.0003H，磁链0.018V*S，初始转速10rad/s。图5-SEQ图5-\*ARABIC10无刷直流电机仿真参数给定转速从500rpm到1000rpm再到1500rpm，能够实现电机转速500~1500rpm内可调，电机的转速波形如图5-8所示。图中蓝色的是实际转速波形，黑色曲线是给定转速波形。图5-9是电机的转矩波形，转矩大小能够基本恒定在6N*m。图5-10是功率管的驱动信号的波形。图5-SEQ图5-\*ARABIC11电机的转速波形图5-SEQ图5-\*ARABIC12电机的转矩波形图5-SEQ图5-\*ARABIC13功率管驱动信号波形图5-SEQ图5-\*ARABIC14无刷直流电机电机A相电流以及反电势的波形图5-11是