基于MATLAB的无刷直流电动机控制系统仿真 (1)

第３０卷第２期　２０１７年４月　四川理工学院学报（自然科学版）　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．２　

—Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ：Ｉ　Ａｐｒ．２０１７　文章编号：１６７３＿１５４９（２０１７）０２－００１６－０５　ＤＯＩ：１０．１１８６３／ｊ．ｓｕｓｅ．２０１７．０２．０４　

基于Ｍａｔｌａｂ的无刷直流电动机驱动系统仿真建模　

张健，王笑竹　

（营口理工学院，辽宁营口１１５０１４）　

摘要：基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具搭建无刷直流电机驱动系统仿真平台，分别建立直流无刷电机的本　

体模型和驱动控制模型，详细介绍了系统中各个子模块的搭建方式和实际功能，为分析驱动控制算法和策　

略可行性提供有效的仿真环境。通过实验仿真曲线特征和变化规律，实现了驱动系统各项性能评价指标和　

ＰＩＤ参数整定的验证，模型参数也为实际电机控制系统的设计和调试提供支撑。系统模型具有很好的灵活　性和通用性，在此基础上通过简单的替换和修改就可以搭建和仿真使用其他控制算法和控制策略的仿真模　

型，为模糊控制、模糊ＰＩＤ控制和再生制动控制策略建立仿真环境提供参考，减少验证过程中的工作量。　

关键词：无刷直流电动机；驱动系统；反电动势过零检测；仿真分析　中图分类号：ＴＭ３３　文献标志码：Ａ　

引言　

长期以来，随着无刷直流电机的应用日趋广泛，其　控制算法和控制策略也越来越丰富，国内外学者就此做　

了深入研究，并取得丰硕的成果。其中反电动势法、续　流二极管法、状态观测器法及锁相环法是当前的热点问　

题　。。　，但是缺少对这些方法的验证环境和评价体系，这　在一定程度上限制了控制算法和策略的改进。因此建　

立简单精确的仿真模型成为目前亟待解决的问题　。　

为了便于评价分析和验证各种控制算法和策略，有　必要对各种无刷直流电机驱动系统进行正确的建模和　

仿真，以此作为驱动系统可行性和性能评价的依据，基　于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建无刷直流电机驱动系统各项性　能评价指标和ＰＩＤ参数整定的验证仿真平台，为实际电　

无刷直流电机模糊控制系统的建模及仿真分析　卿浩　辜承林唐小琦邱少锋　

中圈分类号：ＴＭ３６１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１．６８４８（２００６）０３．００１９．０３　

无刷直流电机模糊控制系统的建模及仿真分析　

卿　浩，辜承林，唐小琦，邱少锋　

（华中科技大学电气与电子工程学院，４３００７４武汉）　

摘　要：为提高无刷直流电机控制系统的精度，根据电机的数学模型和运行原理．基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真　平台并结合Ｓ－－函数构建了无刷直流电机电流、转速模糊控制的双闭环控制系统的仿真模型，并详细介绍了模型的　部分子模块。仿真结果表明，与一般的比例积分与微分控制相比，系统响应时问快、无超调，具有较强的鲁棒性和自　适应能力。　关键词：无刷直流电动机；模糊控制；仿真；建模；Ｓ－函数　

Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｆｕｚｚｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　Ｍｏｔｏｒ　ＱＩＮＧ　Ｈａｏ，ＧＵ　Ｃｈｅｎｇ－ｌｉｎ，ＴＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｑｉ，ＱＩＵ　Ｓｈａｏ—ｆｅｎｇ　（Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｄｈｎｏｌｏｇｙ。Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　ＡＢｓＴＲＡＣＴ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＢＬＤＣＭ．ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ　ａ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｏｓｅ　ｌｏｏｐｓ　ｗｉｔｈ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ＢＬＤＣＭ　ｂｙ　ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　ａｎｄ　Ｓ－　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ．ａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｏｍｅ　ｓｕｂｍｏｄｅｌｓ　ｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｆａｓｔｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ａｎｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｓｅｌｅ－ａｄａｐｔｉｎｇ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－ｉｎｔｅｇｒａｌ—ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（ＰＩＤ）ｃｏｎｔｒｏ１．　ＫＥＹ　Ｗ０ＲＤＳ：ＢＬＤＣＭ；Ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｍｏｄｅｌｉｎｇ；Ｓ－Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　

第４８卷　２０１５在　第２期　２月　截１ｌ｝机　ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳ　Ｖｏ１．４８．ＮＯ．２　Ｆｅｂ．２０１５　

基于Ｍａｔｌａｂ无刷直流电机双闭环调速系统仿真研究　

张克涵，狄正飞，刘晓强，武黎明　

（西北工业大学航海学院，西安７１００７２）　

摘要：在分析无刷直流电机（ＢＬＤＣＭ）数学模型和双闭环控制原理的基础上，提出了一种建立ＢＬＤＣＭ调速系统仿　真模型的新方法。在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，把功能模块和ｓ函数相结合，实现了ＢＬＤＣＭ本体模块、速度控制模　块、电流滞环控制模块等，再进行功能模块的有机整合，搭建了ＢＬＤＣＭ调速系统的仿真模型。仿真和试验结果证　明了该方法的有效性，同时也适用于验证其他控制算法的合理性，为实际电机调速系统设计提供了新的思路。　关键词：无刷直流电机；电流滞环；双闭环　中图分类号：ＴＭ３６＋１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—６８４８（２０１５　Ｊ０２　００４４．０５　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｕａｌ－ｌｏｏｐ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　

Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　Ｍｏｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍａｔｌａｂ　

ＺＨＡＮＧ　Ｋｅｈａｎ，ＤＩ　Ｚｈｅｎｇｆｅｉ，ＬＩＵ　Ｘｉａｏｑｉａｎｇ，ＷＵ　Ｌｉｍｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ　ａｎ　７１００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ（ＢＬＤＣＭ）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｄｕａ１．　１ｏｏｐ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ａ　ｎｏｖｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＢＬＤＣＭ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎ　Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｂｌｏｃｋｓ　ａｎｄ　Ｓ．ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｌｏｃｋｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ＢＬＤＣＭ　ｂｌｏｃｋ，ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｂｌｏｃｋ。Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｂｌｏｃｋ。ｅｃｔ．，ｗｅｒｅ　ｍｏｄｅｌｅｄ．Ｂｙ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｌｏｃｋｓ．ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ＢＬＤＣＭ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ．Ｔｈｅ　ｒｅａ．　ｓｏｎａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｔｅｓｔｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ—　ｏｒｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｉｓ　ｎｏｖｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆｆｅｒｓ　ａ　ｎｅｗ　ｔｈｏｕｇｈｔｗａｙ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ａｃｔｕａｌ　ｍｏｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＢＬＤＣＭ；ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　ｃｕｒｒｅｎｔ；ｄｕａｌ—ｌｏｏｐ　

基于Matlab无刷直流电机系统仿真建模的新方法

摘 要：基于matlab无刷直流电机系统仿真建模的新方法，是在对matlab无刷直流电机的数学模型剖析基础之上，从而提出matlab无刷直流电机系统进行建模防真一种新方法。老式的建模方式在机电当中性点电压与极对数是多级时候转子位置进行的计算略有不足之处，这导致对机电特性进行分析的时候容易出现偏差，推导了无刷直流电机当中包含中点电压的数学模型，对于多级数的转子电角度进行了计算分析，在老式模型基础上，使用matlab对无刷直流电机进行了建模，并且建立起了pid以及电流滞环的控制系统对于机电建立模型方法的可行性进行了验证。这样的仿真模型当中速度环使用的是pid控制，而电流环使用的是电流滞环进行控制，仿真出来的结果证实了本文电机建立模型方式的准确性和正确性，同时也给尝试别的控制进行方法提供了依据，给进行实际单机控制系统的控制设计以及调试提供了参考和思路。

关键词：matlab；直流电机；系统建模；电流滞环；pid

中图分类号：tm33

伴随着社会经济的快速发展，电子科学技术也在不断进步，伴随着电子技术、新型的电机控制理论以及稀土等永磁材料的开发，永磁性无刷直流电机系统得到了广泛的应用。永磁性无刷直流电机系统主要特点有体积小、性能高、结构简易、稳定性好以及输出转矩大等等。永磁性无刷直流电机系统关注度也越来越高。伴随无刷直流电机系统运用越来越广泛，对于电机系统控制要求也随之提高，但是这要考虑到成本的投入、控制计算合理、还有可控制性能高以及研发周期短。对此怎么样建立高效的用磁性无刷直流电机系统的模型一时间成为了机电控制研发人员急切须要解决的问题，从而基于matlab无刷直流电机系统仿真建模新方法是具有十分重要的意义的。

1 如何进行matlab无刷直流电机系统仿真建模

永磁性无刷直流电机系统在气隙当中所形成的磁场波形不一样，可以分成pmsm无刷直流电机与bldc无刷直流电机。pmsm无刷直流电机系统气隙磁密的分布为正弦波，反电动势以及相电流波形都是正弦波。然而bldc无刷直流电机气隙磁密是方波分布，其反电动势破形是梯形波，而相电流波形是方波。matlab6.5对电气传控制这块创建的工具箱当中已经有pmsm无刷直流电机模型了，但是却没有给bldc提供机电模型。对此，需要经由matlab/simulink进行bldc直流电机系统的建模。