无刷直流电机(BLDC)双闭环调速解析

BLDC无刷直流电机控制算法
BLDC (Brushless DC) 无刷直流电机是一种在很多应用领域中广泛使
用的电机类型，它具有高效率、高可靠性和较长寿命的特点。

为了有效控
制BLDC电机，需要采用适当的控制算法来实现其速度、位置或扭矩控制。

本文将介绍几种常见的BLDC电机控制算法，包括电速算法、电流环控制
算法和磁场导向控制算法。

1. 电速算法：电速算法是最简单和常见的BLDC电机控制方法之一、
它基于测量或估算电机转子速度，并将速度信号与期望速度进行比较，然
后根据比较结果调整电机的相序。

通过适当的相序调整，可以实现对电机
速度的控制。

在电速算法中，通常使用霍尔传感器或反电动势（back EMF）方法来测量电机转子的实时速度。

2. 电流环控制算法：电流环控制算法是一种高级的BLDC电机控制方法，通过控制电流来实现对电机扭矩和速度的控制。

它基于电机的电流反
馈和期望电流之间的差异，通过调整电压来控制电机的转矩输出。

电流环
控制算法通常使用PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器来
实现高精度的电流调节。

3.磁场导向控制磁场导向控制算法是一种高级的BLDC电机控制算法，通过测量或估算电机转子位置和速度，实现对电机的精确位置控制。

磁场
导向控制算法基于电机转子位置和速度信息，将电机的磁场定向到期望位置，并通过适当的电流控制来实现转子位置的精确控制。

永磁无刷直流电机及其控制一、本文概述永磁无刷直流电机（Permanent Magnet Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种结合了直流电机与无刷电机优点的先进电机技术。

本文将对永磁无刷直流电机及其控制技术进行详细的阐述和探讨。

我们将概述永磁无刷直流电机的基本原理和结构特点，包括其与传统直流电机的区别，以及为何在现代工业和家用电器等领域得到广泛应用。

接着，我们将深入探讨永磁无刷直流电机的控制策略，包括位置传感器控制、无位置传感器控制以及先进的电子控制技术，如微处理器和功率电子器件的应用。

我们还将分析永磁无刷直流电机的性能优化和故障诊断技术，以提高其运行效率和可靠性。

我们将展望永磁无刷直流电机及其控制技术的发展趋势，并探讨其在未来可持续能源和智能制造等领域的应用前景。

通过本文的阐述，读者可以对永磁无刷直流电机及其控制技术有更为全面和深入的理解。

二、永磁无刷直流电机的基本原理永磁无刷直流电机（Permanent Magnet Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种结合了直流电机与无刷电机优点的电机类型。

其基本原理主要依赖于磁场与电流之间的相互作用，以及电子换向器的无刷换向技术。

磁场与电流相互作用：永磁无刷直流电机中，永磁体（通常是稀土永磁材料）被用来产生恒定的磁场。

当电流通过电机的电枢（也称为线圈或绕组）时，电枢会产生一个电磁场。

这个电磁场与永磁体的磁场相互作用，导致电机转子的旋转。

无刷换向技术：与传统的有刷直流电机不同，永磁无刷直流电机使用电子换向器代替了机械换向器。

电子换向器通过控制电流在电枢中的流动方向，实现了电机的无刷换向。

这种技术不仅提高了电机的效率，还降低了维护成本和噪音。

控制策略：为了精确控制电机的转速和方向，永磁无刷直流电机通常与电子速度控制器（ESC）一起使用。

电子速度控制器可以根据输入信号（如PWM信号）调整电枢中的电流大小和方向，从而实现对电机转速和方向的精确控制。

无刷直流电机的电流闭环控制作者：赵念科来源：《数字技术与应用》2013年第03期摘要：分析了BLDCM的换相转矩脉动，指出了引起转矩脉动的主要原因是：关断相电流的下降速度大于开通相电流的上升速度，得到了减小电机低速运行时非换相电流脉动的方法，该方法的原理是令换相期间脉宽调制信号的占空比等于两倍的稳定运行时脉宽调制信号的占空比α1 （2α1=α法）。

在此基础上，提出了基于三相电流的相电流闭环控制。

指出只有三相电流控制才能有效控制相电流。

分别通过仿真验证了基于三相电流的相电流闭环控制能够有效的减小非换相电流的脉动。

关键词：BLDCM 相电流控制转矩脉动中图分类号：TM351 文献标7识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0003-021 引言理想情况下，BLDCM的三相反电势是互差120°电角度的梯形波，该梯形波的平顶宽度为120°电角度，三相电流为互差120°电角度的矩形波，该矩形波的宽度也为120°电角度。

此时，BLDCM的输出转矩脉动较小。

但是，在实际情况中，反电势和相电流并非理想的梯形波和矩形波。

因此，根据转矩脉动产生的根源，可以将BLDCM的转矩脉动分为齿槽转矩脉动、斩波转矩脉动和换相转矩脉动三种[1]。

在BLDCM调速中，一般采用PWM技术[2]。

在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

该原理称为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。

即通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的电压波形，以改变施加在电机绕组上的相电压。

BLDCM的驱动器其实就是三相逆变器，PWM控制技术在逆变电路中的应用最广泛，对逆变器的影响也最深刻。

现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路[3]。

不同的PWM开关状态将导致电机相绕组上施加不同的外加电压，不同的外加电压将产生不同的电流上升或下降速度，从而引起转矩随开关状态的变化而脉动，即斩波转矩脉动[4]。

无刷电机属于自換流型(自我方向轉換)，因此控制起来更加复杂。

BLDC电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制。

对于闭环速度控制，有两个附加要求，即对于转子速度/或电机电流以及PWM信号进行测量，以控制电机速度功率。

BLDC电机可以根据应用要求采用边排列或中心排列PWM 信号。

大多数应用仅要求速度变化操作，将采用6个独立的边排列PWM信号。

这就提供了最高的分辨率。

如果应用要求服务器定位、能耗制动或动力倒转，推荐使用补充的中心排列PWM信号。

为了感应转子位置，BLD C电机采用霍尔效应传感器来提供绝对定位感应。

这就导致了更多线的使用和更高的成本。

无传感器BLDC控制省去了对于霍尔传感器的需要，而是采用电机的反电动势（电动势）来预测转子位置。

无传感器控制对于像风扇和泵这样的低成本变速应用至关重要。

在采有BLDC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。

空载时间的插入和补充大多数BLDC电机不需要互补的PWM、空载时间插入或空载时间补偿。

可能会要求这些特性的BLDC应用仅为高性能BLDC伺服电动机、正弦波激励式BLDC电机、无刷AC、或PC同步电机。

控制算法许多不同的控制算法都被用以提供对于BLDC电机的控制。

典型地，将功率晶体管用作线性稳压器来控制电机电压。

当驱动高功率电机时，这种方法并不实用。

高功率电机必须采用PWM控制，并要求一个微控制器来提供起动和控制功能。

控制算法必须提供下列三项功能：∙用于控制电机速度的PWM电压∙用于对电机进整流换向的机制∙利用反电动势或霍尔传感器来预测转子位置的方法脉冲宽度调制仅用于将可变电压应用到电机绕组。

有效电压与PWM占空度成正比。

当得到适当的整流换向时，BLDC 的扭矩速度特性与一下直流电机相同。

可以用可变电压来控制电机的速度和可变转矩。

功率晶体管的换向实现了定子中的适当绕组，可根据转子位置生成最佳的转矩。

在一个BLDC电机中，MCU必须知道转子的位置并能够在恰当的时间进行整流换向。

无刷直流电机pwm调速原理
无刷直流电机（BLDC）是一种电动机，其转子上没有传统的电刷。

相比传统的有刷直流电机，BLDC电机拥有更高的效率和可靠性。

为了实现BLDC电机的调速，通常使用PWM（脉宽调制）技术。

PWM调速原理如下：在电机电源上加上一个有特定占空比的方波信号，即PWM信号。

PWM信号的占空比决定了电机的平均电压，从而决定了电机的转速。

当PWM信号的占空比增加时，电机的平均电压也会增加，电机的转速也会随之增加。

反之，当PWM信号的占空比减小时，电机的平均电压也会减小，电机的转速也会减小。

BLDC电机的控制主要包括两个方面：判断当前转子位置和根据位置控制电机。

判断转子位置通常采用霍尔传感器或反电动势感应法。

在控制电机时，可以采用开环控制或闭环控制。

开环控制指直接根据PWM信号控制电机转速；闭环控制则需要通过传感器反馈来调整PWM信号的占空比，使电机达到预期转速。

PWM调速技术不仅可以用于BLDC电机，也可以用于其他类型的电机调速。

通过合理的PWM信号设置，可以实现电机的精确调速和控制。

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书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
无刷直流电机（BLDC）构成及工作原理详解（附部
分生产厂家）
无刷直流电机（BLDC）是永磁式同步电机的一种，而并不是真正的直流电机，英文简称BLDC。

区别于有刷直流电机，无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势，是当今最理想的调速电机。

一、有刷直流电机简介
介绍无刷直流电机之前，我们来看看有刷电机：
直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点着称，其中属于直流电机
一类的有刷直流电机采用机械换向器，使得驱动方法简单，其模型示意图如下图所示。

直流电机模型示意图
DC电机（有刷电机）的运转示意图
电机主要由永磁材料制造的定子、绕有线圈绕组的转子（电枢）、换
向器和电刷等构成。

只要在电刷的A和B两端通入一定的直流电流，电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向，这样，直流电机的转子就会持续运转下去。

专注下一代成长，为了孩子。

BLDC电机控制算法无刷电机属于自換流型（自我方向轉換），因此控制起来更加复杂。

BLDC电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制。

对于闭环速度控制，有两个附加要求，即对于转子速度/或电机电流以及PWM信号进行测量，以控制电机速度功率。

BLDC电机可以根据应用要求采用边排列或中心排列PWM信号。

大多数应用仅要求速度变化操作，将采用6个独立的边排列PWM信号。

这就提供了最高的分辨率。

如果应用要求服务器定位、能耗制动或动力倒转，推荐使用补充的中心排列PWM 信号。

为了感应转子位置，BLDC电机采用霍尔效应传感器来提供绝对定位感应。

这就导致了更多线的使用和更高的成本。

无传感器BLDC控制省去了对于霍尔传感器的需要，而是采用电机的反电动势（电动势）来预测转子位置。

无传感器控制对于像风扇和泵这样的低成本变速应用至关重要。

在采有BLDC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。

死区的插入和补充许多不同的控制算法都被用以提供对于BLDC电机的控制。

典型地，将功率晶体管用作线性稳压器来控制电机电压。

当驱动高功率电机时，这种方法并不实用。

高功率电机必须采用PWM控制，并要求一个微控制器来提供起动和控制功能。

控制算法必须提供下列三项功能：用于控制电机速度的PWM电压用于对电机进整流换向的机制利用反电动势或霍尔传感器来预测转子位置的方法脉冲宽度调制仅用于将可变电压应用到电机绕组。

有效电压与PWM占空度成正比。

当得到适当的整流换向时，BLDC的扭矩速度特性与一下直流电机相同。

可以用可变电压来控制电机的速度和可变转矩。

功率晶体管的换向实现了定子中的适当绕组，可根据转子位置生成最佳的转矩。

在一个BLDC电机中，MCU必须知道转子的位置并能够在恰当的时间进行整流换向。

BLDC电机的梯形整流换向对于直流无刷电机的最简单的方法之一是采用所谓的梯形整流换向。

在这个原理图中，每一次要通过一对电机终端来控制电流，而第三个电机终端总是与电源电子性断开。

BLDC电机控制算法——FOC简述FOC是一种用于无刷直流电机（BLDC）的控制算法，全称为场定向控制（Field Oriented Control）。

它通过将电机控制分解为磁场方向和电流控制两个子系统，实现对电机的精确控制。

FOC通过检测电机实际状态并与期望状态进行比较，调整电机的输入电流以达到所需转矩和速度。

FOC算法的核心思想是将三相电机模型简化为两个相互垂直的轴，即d轴和q轴，其中d轴与电机磁场方向对齐，q轴与转子磁场垂直。

通过将电机状态从三维空间变换到两个轴上，可以将复杂的电机控制问题转换为简单的PID控制问题。

FOC的基本步骤如下：1.空间矢量调制（SVM）：根据电机期望速度和转矩，计算生成所需的电流矢量。

SVM将这些电流矢量转化为ABC相电流参考值，在三相电压空间中形成六个等电位面。

2. 反电动势观测：通过测量电机两个相的电压和电流，计算出电机的反电动势，从而确定电机在dq轴上的位置和位置偏差。

3. PI控制：根据dq轴上的位置偏差，利用PI控制算法计算修正电流的参考值，并调整输入电流，保持dq轴上的位置偏差为零。

4.正弦PWM调制：通过对三相电压进行正弦波调制，控制电机相电流与期望值保持一致，从而实现电机的精确控制。

FOC算法的优点主要包括以下几个方面：1.高效能：FOC能够有效地降低电机的能耗和损耗。

通过精确控制电机的电流和转矩，减小电机的转矩和速度波动，提高电机的效率和性能。

2.高精度：FOC能够实现对电机转矩和速度的高精度控制。

通过将电机状态从三维空间转换到两个轴上，可以更准确地估计电机状态，提高电机的位置和速度控制精度。

3.低噪声：由于FOC能够减小电机的转矩和速度波动，从而降低了电机的噪声和振动。

这使得FOC成为一种适用于噪声敏感应用的控制算法。

4.高稳定性：FOC通过实时调整电机输入电流，以保持电机实际状态与期望状态的一致性，提高了电机的稳定性和可靠性。

FOC算法在许多领域中得到了广泛应用，包括电动汽车、工业自动化和机器人等。

无刷直流电机调速原理
无刷直流电机调速原理是通过不断改变电机的供电电压或电流来实现转速的调节。

为了方便理解，下面将分为几个步骤来介绍无刷直流电机调速原理。

1. 简介：无刷直流电机由转子和定子组成，通过电枢和永磁体的相互作用产生力矩，从而驱动电机转动。

调速原理是基于PWM（脉冲宽度调制）技术，通过改变电机的供电电压和电流来实现转速的调节。

2. 电机控制：无刷直流电机的控制主要包括位置传感器、电机驱动器和控制器三部分。

位置传感器用于检测转子位置信息，电机驱动器负责控制电流和电压的输出，控制器则根据传感器信号和控制算法确定输出的电流和电压。

3. 脉冲宽度调制：脉冲宽度调制是一种调整输出电压和电流的方法，通过不断调整PWM信号的占空比来改变电机的供电电压和电流。

占空比越大，输出电压和电流越高，电机转速也会相应增加。

4. 控制算法：控制器根据位置传感器的反馈信号，利用控制算法来调整PWM信号的占空比，从而控制电机的转速。

常用的控制算法包括电流环控制和速度环控制，电流环控制主要用于电流反馈控制，速度环控制则主要用于转速的闭环控制。

5. 转速调节：根据系统需求，控制器会调整PWM信号的占空比来改变电机的供电电压和电流，从而改变电机的转速。

当需
要提高转速时，控制器会增大占空比，增加供电电压和电流；当需要降低转速时，控制器会减小占空比，降低供电电压和电流。

综上所述，无刷直流电机调速原理是通过不断改变电机的供电电压和电流来实现转速的调节，利用PWM技术和控制算法来实现电机的精确控制。

许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。

而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

双闭环可逆直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。

我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。

采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。

这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。

本文对直流双闭环有环流可逆系统进行了分析与设计，得到其控制电路、主电路和保护电路的结构，并利用MA TLAB进行仿真，对结果进行了验证，得到了与理论基本相同的结果。

关键词：直流调速系统速度调节器电流调节器负反馈1 直流调速系统的调速原理及性能指标 (1)1.1 直流调速系统的调速原理 (1)1.2 直流调速系统的性能指标 (1)1.2.1静态性能指标 (2)1.2.2 动态性能指标 (3)2 直流双闭环有环流调速系统的理论分析 (5)2.1 双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (5)2.1.1双闭环直流调速系统的组成 (5)2.1.2 双闭环直流调速系统的静特性分析 (5)2.2有环流可逆V-M系统原理图 (6)3 转速调节器ASR及电流调节器ACR的设计 (7)3.1双闭环直流调速系统两个调节器的作用 (7)3.2 电流调节器ACR的设计 (8)3.3 转速调节器ASR的设计 (10)3.3.1 电流环的简化 (10)3.3.2 转速调节器设计 (11)4 转速反馈和电流反馈电路设计 (13)4.1 转速反馈电路的设计 (13)4.2 电流反馈电路的设计 (13)5 集成触发电路设计 (14)α=配合控制 (14)5.1β5.2 集成触发电路 (15)6 主电路及其保护电路设计 (16)6.1 主电路设计 (16)6.2 保护电路 (17)6.2.1 过电流保护 (17)6.2.2 过电压保护电路 (17)7 MA TLAB仿真 (18)小结与体会 (20)参考文献 (21)附录 (22)直流双闭环有环流可逆调速系统设计 1 直流调速系统的调速原理及性能指标1.1 直流调速系统的调速原理直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广范围内平滑调速，所以由晶闸管—直流电动机(V —M)组成的直流调速系统是目前应用较普遍的一种电力传动自动化控制系统。

双闭环直流调速系统的设计及其仿真班级：自动化2班学号: xxxxxxxx姓名: xxxxxx指导教师：xxxxxx设计时间：2014年6月23日目录一、冃U言 (3)1.课题研究的意义 (3)2.课题研究的背景 (3)二、总体设计方案 (3)1.MATLAB 仿真软件介绍 (3)2.设计目标 (4)3.系统理论设计 (5)4.仿真实验 (9)5.仿真波形分析 (13)三、心得体会 (14)四、参考文献 (16)促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。

从20世纪60年代第一代电力电子器件-晶闸管(SCR)发明至今,已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件-GTR、GTO MOSFE第三代复合场控器件-IGBT、MCT等,如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。

每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构、工艺不断改进，性能有了飞速提高，在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。

同时电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。

正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。

3注意什么问题二、总体设计方案1.MATLAB仿真软件介绍本设计所采用的仿真软件是MATLABMATLAB!美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB S用非常之广泛！MATLA的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C, FORTRA等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLA也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLA 成为一个强大的数学软件。

主要的优势特点为：①高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；②具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；③友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；④功能丰富的应用工具箱（如信号处理工具箱、通信工具箱等），为用户提供了大量方便实用的处理工具。

无刷直流电机（或简称BLDC电机）是一种采用直流电源并通过外部电机控制器控制实现电子换向的电机。

不同于有刷电机，BLDC 电机依靠外部控制器来实现换向。

简言之，换向就是切换电机各相中的电流以产生运动的过程。

有刷电机是指具有物理电刷的电机，其每转一次可实现两次换向过程，而 BLDC 电机无电刷配备，因此而得名。

由于其设计特性，无刷电机能够实现任意数量的换向磁极对。

与传统有刷电机相比，B L D C电机具有极大的优势。

这种电机的效率通常可提高15-20%；没有电刷物理磨损，因而能减少维护；无论在什么额定速度下都可以获得平坦的转矩曲线。

虽然BL DC电机并不是新发明，但由于需要复杂控制和反馈电路，所以广泛采用的进展较为缓慢。

然而，由于近期半导体技术的发展、永磁体品质提升，以及对更高效率不断增长的需求，促使BL DC 电机在大量应用中取代了有刷电机。

B LD C 电机在许多行业找到了市场定位，包括白色家电、汽车、航空航天、消费、医疗、工业化自动设备和仪器仪表等。

随着行业朝着需要在更多应用中使用B LD C电机的方向发展，许多工程师不得不将目光投向该技术。

虽然电机设计的基础要素仍然适用，但添加外部控制电路也增加了另一系列需考虑的设计事项。

在诸多设计问题中，最重要的一点是如何获取电机换向的反馈。

电机换向在深入探索BL DC 电机反馈选项之前，先了解为什么需要它们至关重要。

BLD C电机可配置为单相、两相和三相；其中最常用的配置为三相。

相数与定子绕组数相匹配，而转子磁极数根据应用需求的不同可以是任意数量。

因为BL DC电机的转子受旋转的定子磁极影响，所以须追踪定子磁极位置，以有效驱动三个电机相。

为此，需使用电机控制器在三个电机相上生成六步换向模式。

这六步（或换向相）移动电磁场，进而使转子永磁体移动电机轴。

图1：B LD C 电机六步换向模式通过采用这种标准电机换向序列，电机控制器即可利用高频率脉宽调制(P WM) 信号，有效降低电机承受的平均电压，从而改变电机速度。

直流无刷电机调速原理引言直流无刷电机（Brushless DC Motor，BLDC）是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种领域，包括工业自动化、电动工具、机器人技术和模型飞机等。

为了控制这些电机的速度和运行，了解直流无刷电机的调速原理至关重要。

本文将深入探讨直流无刷电机的调速原理，以及相关的电子控制技术。

第一部分：直流无刷电机基础在探讨调速原理之前，首先需要了解直流无刷电机的基本工作原理。

与传统的有刷直流电机不同，BLDC电机没有碳刷，因此具有更高的效率和可靠性。

它由以下几个关键部件组成：1.永磁体：通常是一个永久磁铁，位于电机的转子（转动部分）中。

这是电机的永久磁场源。

2.绕组：电机的定子（静止部分）上包围着绕组，也称为线圈。

这些绕组通常由铜线绕制，并与电机的电源电路相连。

3.传感器：有些BLDC电机配置了传感器，用于检测转子的位置和速度。

传感器可以是霍尔效应传感器或编码器等。

4.电子控制器：电子控制器是控制电机速度和方向的关键部件。

它根据传感器的反馈信号来决定如何驱动电机。

第二部分：电子控制器的作用电子控制器是直流无刷电机调速的关键。

它的主要功能是根据传感器的反馈信号来确定电机应该如何运行，以达到所需的速度和方向。

以下是电子控制器的工作原理：1.传感器反馈：如果电机配置了传感器，传感器会监测转子的位置和速度。

这些信息通过传感器反馈到电子控制器。

2.控制算法：电子控制器内部包含一个控制算法，它根据传感器反馈信号来计算出正确的控制策略。

这通常是一个闭环反馈系统，允许电机动态调整以维持所需的运行状态。

3.功率驱动：根据控制算法的输出，电子控制器将电源中的电能转化为适当的电流和电压，供电给电机的绕组。

这就是电机开始旋转的过程。

4.相序控制：BLDC电机通常有三相绕组，控制器需要准确确定哪一相应该通电，以使电机旋转。

这是通过改变相序来实现的，以推动电机的转子。

第三部分：电机调速原理现在，让我们深入研究直流无刷电机的调速原理。

江苏科技大学15 届毕业设计（论文）无刷直流电机的双闭环控制设计系部：自动化专业名称：电气工程及其自动化班级：11403041学号：1140602116作者: 龚昊指导教师: 王伟然年月日无刷直流电机的双闭环控制设计The design of double closed loop control of the brushless DCmotor江苏科技大学毕业设计（论文）任务书学院名称：电子信息学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：龚昊学号： 1140602116 指导教师：王伟然职称：讲师摘要由于电子技术，计算机技术，传感器技术，电力电子技术，现代控制理论和新型永磁材料的发展，永磁无刷直流电动机及其控制技术已有突破性进展。

近20年来，永磁无刷直流电机因其结构简单，调速性能好，控制方法灵活多变，效率较高，起动转矩大，运行寿命长等优点，日趋广泛应用于航空航天，计算机，军事，汽车，工业和家用电器等领域。

本文针对无刷直流电动机选取双闭环控制技术进行调速。

首先，介绍了无刷直流电机的特点及其结构和原理；其次，建立了无刷直流电机的模型，进行数学分析；再次，采用双闭环PI调速，主要针对其PI控制器进行了相关设计与改进，消除无刷直流电机稳态时的静差；最后，基于MATLAB/SIMULINK平台，建立控制系统的仿真模型，对无刷直流电动机速度闭环控制系统进行仿真。

仿真结果显示该模型转矩响应较快，电流脉动较小，电机工作稳定可靠，具有良好的静动态特性。

无刷直流电机的双闭环控制采用电流滞环，结构简单、响应快速，具有一定理论与应用意义。

关键词：无刷直流电动机；双闭环控制；数学模型；MATLAB；AbstractS ince the development of electronic technology, computer technology, sensor technology, power electronics technology, modern control theory and new permanent magnetic material.Permanent magnet brushless dc motor and its control technology has made a breakthrough.During the past 20 years,since its simple structure,good performance of speed adjustment,variable control methods,high efficiency ,large starting torque and long service life and so on.The brushless dc motor is now increasingly used in fields like aerospace,computer,military,cars,industry and household appliance.This passage is based on the speed control of the brushless dc motor.Double closed-loop control technology is used for researching and analysising among numerous control methods.At first,it has introduced the research background of the brushless dc motor.Next,based on the working principle of the brushless dc motor,the model of the brushless dc motor has been established to do mathematical analysis. After that,we take double closed loop speed regulation,and mainly design and improve PI regulator to make the brushless dc motor astatic in steady state.At last in order to make simulation of control system for brushless dc motor speed closed-loop control system,we establish the simulation model of control system which based on MATLAB/SIMULINK platform.The result of simulation shows that the response of torque is quick and the pulsation of current is small.The motor can work reliable and has good static characteristic.We use current hysteresis band in the control system since its simple structure and quick response,it is based on reliable theory and is meaningful in application.Keywords:brushless direct current motor;double closed-loop control; mathematical models ;MATLAB;目录第一章绪论 (1)1.1无刷直流电动机 (1)1.1.1无刷直流电机的简介 (1)1.1.2 无刷直流电机的特点 (1)1.1.3 无刷直流电机在工业中的地位及应用 (1)1.1.3.1定速驱动机械 (2)1.1.3.2调速驱动机械 (2)1.1.3.3精密控制 (3)1.2无刷直流电机国内外研究现状 (3)1.3无刷直流电机的发展趋势 (4)1.3.1无刷直流电机的发展前景 (4)1.3.2控制策略的发展 (5)1.4 本课题的研究意义 (6)1.5 章节安排 (6)1.6本章小结 (7)第二章无刷直流电机的工作原理及其数学模型 (8)2.1无刷直流电动机的工作原理 (8)2.1.1无刷直流基本组成 (8)2.1.2无刷直流电机运行原理 (11)2.2无刷直流电机的建模 (12)2.2.1无刷直流电机的电压方程 (13)2.2.3传递函数 (14)2.2.4反电势方程 (15)2.3本章小结 (16)第三章无刷直流电机双闭环控制的原理和设计 (16)3.1无刷直流电机双闭环控制的原理 (16)3.1.1无刷直流电机转速控制系统的组成 (16)3.1.2无刷直流电动机转速、电流控制过程 (18)3.2逆变器及电流转速反馈通道的数学模型 (18)3.3转速电流双闭环的设计 (19)3.3.1设计要求 (19)3.3.2电流环动态结构框图 (20)3.3.3电流调节器设计 (22)3.3.4转速调节器的设计 (24)3.4本章小结 (27)第四章基于MATLAB/SIMULINK无刷直流电机双闭环控制的设计 (28)4.1MATLAB/SIMULINK的简介 (28)4.1.1MATLAB的介绍 (28)4.1.2SIMULINK的功能与特点 (28)4.2参数的给定 (28)4.3SIMULINK模块的搭建 (29)4.3.1无刷直流电机双闭环控制整体控制框图 (30)4.3.2电机本体模块 (31)4.3.2.1转速计算模块 (31)4.3.2.2转矩计算模块 (31)4.3.2.3电压方程模块和反电势模块 (32)4.3.3电流滞环控制模块 (34)4.3.4转速控制模块 (34)4.3.5电流参考模块 (35)4.3.6逆变器模块 (36)4.4仿真结果 (36)4.5结论 (38)4.6本章小结 (39)第五章结论与展望 (40)5.1结论 (40)5.2展望 (40)致谢 (41)第一章绪论1.1无刷直流电动机1.1.1无刷直流电机的简介无刷直流电机发展历史不长，只有几十年。