测控技术与仪器毕业论文范文——基于MATLABsimulink的无刷直流电机控制系统的建模和仿真.docxVIP

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基于MATLAB/simulink的

无刷直流电机控制系统的建模和仿真

摘要

在分析了无刷直流电机(BLDCM)的工作原理及控制系统的组成，推导出了无刷直流电机的数学模型。并在此数学模型的基础上，提出了一种新型的基于MATLAB的无刷直流电机控制系统仿真建模的新方法，该方法借助MATLAB仿真软件，在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。仿真和试验结果表明：波形符合理论分析，系统能平稳运行，电机转矩脉动小，系统过渡时间短，无超掉，稳态性能好，验证了该方法的合理性和有效性。采用该BLDC仿真模型，可以十分便捷的实现、验证控制算法，改换或改进控制策略也十分简单，只需对部分功能模块进行替换或修改，而

Simulink可以给长直接的构造控制系统并观察其结果。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

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1引言

1.1课题研究的背景、目的及意义

无刷直流电机(BrushlessDCMotor,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。以其体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点，同时还保留了普通直流电动机优良的机械特性，广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域口。建立无刷直流电机控制系统的仿真模型，可以有效的节省控制系统设计时间，及时验证施加于系统的控制算法，观察系统的控制输出；同时可以充分利用计算机仿真的优越性，人为地改变系统的结构、加入不同的扰动和参数变化，以便考察系统在不同结构和不同工况下的动、静态特性2]。因此，如何建立有效的无刷直流电机控制系统的仿真模型成为电机控制算法

设计人员迫切需要解决的关键问题。

本文在分析无刷直流电机数学模型的基础上，提出了一种新型的基于Matlab的BLDC控制系统仿真建模的新方法，将该方法在Simulink环境下结合S函数构建了无刷直流电机仿真模型，利用Matlab中的Simulink工具箱建立了BLDC控制系统的计算机仿真模型[3-4]。采用该BLDC仿真模型，可以十分便捷地实现、验证控制算法，改换或改进控制策略也十分简单，只需对部分功能模块进行替换或修改，而Simulink可以非常直接地构造控制系统并观察其结果，同时，该模型提供的各仿真模块具有

通用性。

1.2无刷直流电机控制的国内外现状、发展及展望

在控制系统中，若给定的输入信号是预先未知且随时间变化的，并且系统的输出量随输入量的变化而变化，这种系统就称为随动系统。快速跟踪和准确定位是随

动系统的两个重要技术指标。

传统概念，火力随动系统是火力系统的重要组成部分。它是构成武器自动化体系的基本环节，它在一定程度上按照人们的意愿去完成所要求的控制规律，具有快

速性和商精度的特点。

近几年来，用高新技术武装的各种战术导弹、隐形飞机、武装直升机等空中武器不断涌现，其目标识别能力、隐蔽程度、目标命中精度均大大提高，这给武器随动系统提出了新的要求。因此，如何使随动系统具有稳定性好，可靠性高、响应速

度快、跟踪精度高等特点，成为研究随动系统的关键5。

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运动控制通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案转变成期望的机械运动。运动控制系统使被控机械运动实现精确的位置控制、速度控制、加速度控制等。随着计算机技术、现代控制理论的迅猛发展，由数字控制装置组成的随动系统即数字

随动系统应运面生。

1.2.1无刷直流电机控制的发展过程和现状

无刷直流电机既具有传统直流电机的优点。如较好的机械特性和调节特性，起动转矩大、过载能力强、调节方便、动态特性好等，又具有交流电动机结构简单、

运行可靠、维护方便等一系列优点。

对转子位置的检测和换相技术的研究是无刷直流电动机伺服控制的一个方面，传统的方法是采用位置传感器，为了减轻系统的负担，国外的一些学者提出无位置传感器法。特别是在1980年，H.Lehuy等人提出厂利用转予旋转时定子绕组中的感应电动势进行位置检测，这就是所谓的“反电动势法”]。1990年，S.Ogasawara提出了续流二极管法，它通过检测反向并联在驱动三极管上的二极管的导通状态来

得出转子的位置[8]。

在国内也开展了相关的研究，文献9利用三相反电动势中的三次谐波分量来检测位置，它对逆变器开关造成的噪声不敏感，因而可精确确定转子的位置。文献l?