matlabsimulink的无刷直流电机控制系统的设计(附件)
永磁材料，固态器件和微电子技术的最新进展为使用永磁无刷直流电机的新型节能电驱动器做出了贡献。与笼式感应电动机相比，这些电动机具有更高的效率，更好的功率因数，更好的动态性能和更好的单位质量和体积输出功率，而不会牺牲可靠性。由于这些原因，BLDC电机广泛用于信息技术设备，如计算机，打印机，家用电器，航空航天，电动汽车等。本文先建立数学模型，在保证其结果的可靠性的条件下，简化运算及建模，然后基于数学模型和控制方法进行控制方案的设计，最后利用MATLABSimulink，根据其最后确定的数学模型建立仿真模型。关键词 无刷直流电动机，MATLABSimulink，数学模型，双闭环控制，仿真
目 录
1 引言 1
2 无刷直流电动机原理 1
2.1 无刷直流电动机的概述 1
2.2 无刷直流电动机本体 3
2.3 转子位置检测器 4
2.4 无刷直流电动机控制系统原理框图的设计 5
3 无刷直流电机驱动系统的建模仿真 5
3.1 无刷直流电机的数学模型 5
3.2 建模 9
4 仿真结果及分析 18
4.1 仿真参数设置 18
4.2 绕组电流仿真结果 19
4.3 转过角度及转子位置仿真结果 19
4.4 电机转速仿真结果 20
4.5 输出转矩仿真结果 20
结 论 22
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
由于要求设计和生产制造更经济，产品质量和可靠性更高，性能更好，燃油效率更高且更少的动力总成系统污染。动力总成系统的制造对于汽车和其他汽车工业领域的竞争公司来说是一项具有挑战性的任务。在此条件下，无刷直流电机由于它们的高效率，无声操作，紧凑的外形，可靠性和使用寿命这些优点成为了动力总成系统不可缺少的一部分时。另外，无刷直流电机所提供的扭矩与电机尺寸的比率高于其他电机，使得BLDC电机非常适合空间和重量敏感的应用。由于上述特点和高可靠性控制使这种类型的机器成为许多其他电动车所应用的强大牵引系统。
无刷直流电机是由有刷直 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
流电机发展而来的，属于同步电机的一种。由于有刷电机其电刷处的功率损耗且因电刷与换向器是摩擦接触存在磨损而常需更换等原因，人们迫切需要一种更高效更节能且无需经常维修或是更换的电机。因此，无刷直流电机应运而生。
但是正如大多数事物一样，无刷直流电机并不是一帆风顺的。虽然在20世纪初就曾提出过无刷直流电机的理论基础，但是由于其转子的永磁体的造价过高，成本高于其无刷直流电机所能够带来的优势，因此无刷直流电机更多的运用于航空、航天等领域以及更加重视其高性能和可靠性而并不以价格为主要因素的高科技顶尖领域。无刷直流电机真正大幅度开始发展及大规模投入生产是自20世纪70年代开始，因为稀土永磁材料的相关技术和理论知识的发展到成熟，无刷直流电机造价降低且永磁体转子产生的磁场稳定，进而推动了无刷直流电动机的发展，正式具备了生产实践的基础。
真正降低无刷直流电机转子的制造成本是因为于80年代后期出现的钕铁硼永磁材料，其价格低，磁场稳定等优点，为无刷直流电机大规模生产提供了可能。
无刷直流电机同时也是与多种技术相结合的产物，它的发展和与之相关的每一种技术的革新与进步都离不开，正是半导体器件、微处理器和集成电路技术确保了其稳定性和可靠性，使其能够达到节能环保、低噪智能、舒适性高的要求。
相比于国外，那些已经拥有了完备的电机理论体系与技术的国家，虽然我国已经在奋起追赶，但距离以美日为代表的国际顶尖水平还有相当的差距。
2 无刷直流电动机原理
2．1 无刷直流电动机的概述
由上一章所言，无刷直流电机是通过有刷电机发展而来的。其原理都是运用通电导线在磁场中受力，产生转矩使转子转动。不同的是，有刷电机是定子产生定磁场，转子内为铜丝缠绕而成的绕组，按照设定依次给每一相绕组通电，由于通电导线在磁场中受到洛伦兹力而产生转矩使转子转动，其中依次给每相绕组通电是用电刷和换向器实现的，基本上为纯机械式，使用过久存在电刷与换向器接触不良而导致不能按要求通电的可能性，降低了其稳定性，而且由于磨损还需要定期跟换电刷或整个电机，降低了其耐久性。无刷直流电机是由定子内部缠绕铜丝形成三相绕组，转子为永磁体制造，在电机内部产生均匀磁场，工作时，通过逆变器给定子绕组适时通电，由于通电导线在磁场中受到洛伦兹力，但由于定子是固定的，所以导线对转子的反作用力使转子转动，从而对外输出转速和转矩，因此直流无刷电动机就其基本结构而言，是由驱动系统、电动机本体及反馈系统三部分组成的电动机系统。其原理框图如图2.1所示。
由于是电子式，不存在接触不良和易磨损的缺点，提高了电机的可靠性和使用寿命。并且，经过了结构上的内外交替变换后，使其得到不错的力矩/惯量比值。因此，从电机性能的观点出发，无刷电机优于有刷电机。
图2.1 直流无刷电机原理图
电动机本体由带绕组的定子和永磁体制造而成的转子组合而成，而转子位置检测机构本次仿真采用霍尔元件为位置传感器，驱动系统由功率电子器件和逻辑换向电路组成。要求它们首先必须满足三相绕组组成相同，且要均匀分布在360°内，保证在工作气隙中产生均匀的磁场和产生一定的电磁转矩；其次要满足机械方面的要求，电机内部金属柱体密度均匀，满足较小的磁场耗损量，功率器件和续流二极管均具有理想的开关特性[]。综上所述，电机主要由如下几部分组成，如图2.2所示。
图2.2 电机主要部件
这里在下面分别表述
2．2 无刷直流电动机本体
电动机本体由带绕组的定子和永磁体制造而成的转子组合而成。电枢绕组位于定子上而磁场绕组位于转子上。正常运转时，三相定子电流（在三相分布的定子绕组里）建立起一个旋转磁场。本文的无刷直流电机转子只是简单的旋转电磁体，其极数与定子绕组极数相同。由于转子和定子磁场同速旋转，总的磁场是这两个磁场的总和[]。
无刷直流电机的定子由许多冲压而成的钢片纵向叠加组成，三相绕组为缠绕在定子内部圆周轴向开凿的槽中的铜丝组，绕组每相之间相差120°。定子也称电枢，其作用为使每个通电绕组按要求组成通电磁极。
目 录
1 引言 1
2 无刷直流电动机原理 1
2.1 无刷直流电动机的概述 1
2.2 无刷直流电动机本体 3
2.3 转子位置检测器 4
2.4 无刷直流电动机控制系统原理框图的设计 5
3 无刷直流电机驱动系统的建模仿真 5
3.1 无刷直流电机的数学模型 5
3.2 建模 9
4 仿真结果及分析 18
4.1 仿真参数设置 18
4.2 绕组电流仿真结果 19
4.3 转过角度及转子位置仿真结果 19
4.4 电机转速仿真结果 20
4.5 输出转矩仿真结果 20
结 论 22
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
由于要求设计和生产制造更经济，产品质量和可靠性更高，性能更好，燃油效率更高且更少的动力总成系统污染。动力总成系统的制造对于汽车和其他汽车工业领域的竞争公司来说是一项具有挑战性的任务。在此条件下，无刷直流电机由于它们的高效率，无声操作，紧凑的外形，可靠性和使用寿命这些优点成为了动力总成系统不可缺少的一部分时。另外，无刷直流电机所提供的扭矩与电机尺寸的比率高于其他电机，使得BLDC电机非常适合空间和重量敏感的应用。由于上述特点和高可靠性控制使这种类型的机器成为许多其他电动车所应用的强大牵引系统。
无刷直流电机是由有刷直 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
流电机发展而来的，属于同步电机的一种。由于有刷电机其电刷处的功率损耗且因电刷与换向器是摩擦接触存在磨损而常需更换等原因，人们迫切需要一种更高效更节能且无需经常维修或是更换的电机。因此，无刷直流电机应运而生。
但是正如大多数事物一样，无刷直流电机并不是一帆风顺的。虽然在20世纪初就曾提出过无刷直流电机的理论基础，但是由于其转子的永磁体的造价过高，成本高于其无刷直流电机所能够带来的优势，因此无刷直流电机更多的运用于航空、航天等领域以及更加重视其高性能和可靠性而并不以价格为主要因素的高科技顶尖领域。无刷直流电机真正大幅度开始发展及大规模投入生产是自20世纪70年代开始，因为稀土永磁材料的相关技术和理论知识的发展到成熟，无刷直流电机造价降低且永磁体转子产生的磁场稳定，进而推动了无刷直流电动机的发展，正式具备了生产实践的基础。
真正降低无刷直流电机转子的制造成本是因为于80年代后期出现的钕铁硼永磁材料，其价格低，磁场稳定等优点，为无刷直流电机大规模生产提供了可能。
无刷直流电机同时也是与多种技术相结合的产物，它的发展和与之相关的每一种技术的革新与进步都离不开，正是半导体器件、微处理器和集成电路技术确保了其稳定性和可靠性，使其能够达到节能环保、低噪智能、舒适性高的要求。
相比于国外，那些已经拥有了完备的电机理论体系与技术的国家，虽然我国已经在奋起追赶，但距离以美日为代表的国际顶尖水平还有相当的差距。
2 无刷直流电动机原理
2．1 无刷直流电动机的概述
由上一章所言，无刷直流电机是通过有刷电机发展而来的。其原理都是运用通电导线在磁场中受力，产生转矩使转子转动。不同的是，有刷电机是定子产生定磁场，转子内为铜丝缠绕而成的绕组，按照设定依次给每一相绕组通电，由于通电导线在磁场中受到洛伦兹力而产生转矩使转子转动，其中依次给每相绕组通电是用电刷和换向器实现的，基本上为纯机械式，使用过久存在电刷与换向器接触不良而导致不能按要求通电的可能性，降低了其稳定性，而且由于磨损还需要定期跟换电刷或整个电机，降低了其耐久性。无刷直流电机是由定子内部缠绕铜丝形成三相绕组，转子为永磁体制造，在电机内部产生均匀磁场，工作时，通过逆变器给定子绕组适时通电，由于通电导线在磁场中受到洛伦兹力，但由于定子是固定的，所以导线对转子的反作用力使转子转动，从而对外输出转速和转矩，因此直流无刷电动机就其基本结构而言，是由驱动系统、电动机本体及反馈系统三部分组成的电动机系统。其原理框图如图2.1所示。
由于是电子式，不存在接触不良和易磨损的缺点，提高了电机的可靠性和使用寿命。并且，经过了结构上的内外交替变换后，使其得到不错的力矩/惯量比值。因此，从电机性能的观点出发，无刷电机优于有刷电机。
图2.1 直流无刷电机原理图
电动机本体由带绕组的定子和永磁体制造而成的转子组合而成，而转子位置检测机构本次仿真采用霍尔元件为位置传感器，驱动系统由功率电子器件和逻辑换向电路组成。要求它们首先必须满足三相绕组组成相同，且要均匀分布在360°内，保证在工作气隙中产生均匀的磁场和产生一定的电磁转矩；其次要满足机械方面的要求，电机内部金属柱体密度均匀，满足较小的磁场耗损量，功率器件和续流二极管均具有理想的开关特性[]。综上所述，电机主要由如下几部分组成，如图2.2所示。
图2.2 电机主要部件
这里在下面分别表述
2．2 无刷直流电动机本体
电动机本体由带绕组的定子和永磁体制造而成的转子组合而成。电枢绕组位于定子上而磁场绕组位于转子上。正常运转时，三相定子电流（在三相分布的定子绕组里）建立起一个旋转磁场。本文的无刷直流电机转子只是简单的旋转电磁体，其极数与定子绕组极数相同。由于转子和定子磁场同速旋转，总的磁场是这两个磁场的总和[]。
无刷直流电机的定子由许多冲压而成的钢片纵向叠加组成，三相绕组为缠绕在定子内部圆周轴向开凿的槽中的铜丝组，绕组每相之间相差120°。定子也称电枢，其作用为使每个通电绕组按要求组成通电磁极。
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