永磁直线无刷直流电动机的建模与仿真

永磁无刷直流电机的Simulink仿真 对磁悬浮飞轮用无刷直流电机系统进行建模，仿真得到系统工作时各种参数、数据变化趋势和实验结果，能够有效地指导和验证控制系统的设计。

本书采用Mathworks公司的MATLAB作为仿真工具，其中的Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。

使用其中的S－Function模块，结合编写C MEX S－FUNCTION，结合Simulink内含的丰富的数学运算逻辑模块和电力电子模块，能够准确地构造出磁悬浮飞轮用无刷直流电机及其控制模型。

在Simulink中对无刷直流电机仿真建模，国内外已进行了广泛的研究。

电机绕组反电动势波形可采用FFT法和有限元法实现，尽管这种方法得到的反电动势波形比较精确，但结合控制系统仿真时会极大地影响仿真速度。

此外，可以根据能够反映转子位置变化的绕组电感模块来获得反电动势波形，但如果永磁无刷直流电机的相电感极小，转子位置变化引起的电感变化量可忽略，那么该方法对小电枢电感的永磁无刷直流电机的建模并不适用；也可以使用分段线性法实现梯形波反电动势，并采取一些改进的仿真方法实现电机控制系统模型。

但在这些文献中，电机的换相是基于电流滞环控制的，需要三个电流互感器测量三相电流，具体实现时成本较高，开关噪声较大。

另外，在永磁无刷直流电机系统仿真时，应体现出脉宽调制（PWM）的作用。

从仿真结果来看，上述模型基本上还是属于模拟控制系统。

以上这些模型与目前永磁无刷直流电机控制普遍采用的基于数字信号处理器（DSP）的转速、电流双闭环数字控制系统不符合。

本文中系统模型根据实际磁悬浮飞轮用无刷直流电机DSP数字控制系统构建。

实际系统采用TI公司的DSP TMS320LF2407作为主控制器，IR2130作为三相逆变桥的驱动芯片，MOSFET管IRF3710组成三相逆变桥，对直流电源输出的母线电流进行采样，DSP输出6路脉宽调制PWM信号对电机的相电流和转速进行控制。

无刷直流电机的建模与仿真摘要：该文在分析无刷直流电机（bldcm）数学模型和工作原理的基础上，利用matlab软件的simulink和psb模块，搭建无刷直流电机及整个控制系统的仿真模型。

该bldcm控制系统的构建采用双闭环控制方法，其中的电流环采用滞环电流跟踪pwm，速度环采用pi控制。

仿真和试验分析结果证明了本文所采用方法的有效性，同时也证明了验证其他电机控制算法合理性的适用性，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：bldcm控制系统；无刷直流电机；数学模型；matlab；电流滞环中图分类号： tp391 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）05-1172-03随着现代科技的不断发展，无刷直流电动机应用技术越发成熟，应用领域也越发广泛，用户对无刷直流电动机使用增多的同时，对其控制系统的设计要求也变得越来越高。

包括低廉的设计和搭建成本、短的开发周期、合适的控制算法、优良的控制性能等。

而科学合理的无刷直流电动机控制系统仿真模型的建立，对控制系统的直观分析、具体设计，快速检验控制算法，降低直流电机控制系统的设计成本，拥有十分重要的意义。

直流无刷电动机利用电子换向原理和高磁性材料，取代了传统的机械换相器和机械电刷，解决了有刷直流电动机换向器可维护性差和较差的可靠性的致命缺点，使得直流电动机的良好控制性能得到维持，直流电动机得到更好的应用。

伴随着如今功率集成电路技术和微电子技术的发展，控制领域相继出现了大量无刷直流电动机专用驱动和控制芯片，解决高性能无刷电动机驱动控制问题所提出的解决方案也变得更加丰富和科学，无刷直流电机在控制领域显示出前所未有的广阔应用前景[1]。

通过无刷直流电动机控制系统的仿真模型来检验各种控制算法，优化整个控制系统的方法，可以在短时间内得到能够达到预期效果的控制系统。

在对无刷直流电机电流滞环控制和数学模型等分析的基础之上，可以利用simulink中所提供的各种模块，构建出bldcm 控制系统的仿真模型，从而实现只利用simulink中的模块建立bldcm控制系统仿真模型。

永磁无刷电机的建模与仿真分析探讨本文以永磁无刷电极为研究对象，分别从变量参考正向与坐标原点的确定、以及电磁转矩与反电动势的确定这两个方面入手，阐述了永磁无刷电极的建模流程，进而采取仿真分析的方式，证实上述建模方法在运算效率方面的突出优势。

同时，仿真数据还证实：按照上述建模方式，能够使仿真处理中的复杂程度得到了显著降低，从而可进一步加以研究与应用。

标签：永磁无刷电机；建模；仿真1 永磁无刷电极建模分析1.1 建模变量参考正方向与坐标原点的确定为在建模过程当中特别突出永磁无刷电机模型的基本原理，需要在建模分析的过程当中，需要作出以下几个方面的假设：（1）永磁无刷电极三相绕组处理完全对称的状态之下，同时可按照集中绕组的方式进行处理。

此状态下的极对数取值为1；（2）永磁无刷电极磁场各向均表现为同性状态，且可在建模过程当中忽略磁场饱和因素对其所造成的影响；（3）在永磁无刷电机建模过程当中，可忽略气隙磁场受电枢反应的影响情况。

结合上述基本建设，可推定：在整个永磁无刷电机的建模过程当中，电机绕组需要沿气隙磁场圆周而展开，同时，为更加方便与有效的考量建模过程中的变量正方向以及坐标原点，永磁无刷电机状态变量参考方向可从以下几个方面加以考量：（1）永磁无刷电机顺时针转动方向为转动正向；（2）a/b/c相电流经由绕组ax、bx、cx的a/b/c端流出绕组电流推定为正向电流；（3）绕组ax、bx、cx的a/b/c端所在位置确定为气隙圆周的坐标原点，该原点定义为θp应当取值为0；（4）转子初始位置为：转子磁场N极轴线与气隙圆周坐标原点重合位置。

1.2 电磁转矩与反电动势的确定结合上述来看，θp被定义为气隙圆周上某特定点的坐标位置，同时，θ则定义为转子相对于原始位置所表现出的角位移情况。

按照上述方式，不难发现，转子在气隙圆周该特定点位置所产生的磁感应强度指标应当如下式所示：（1）Bmf（θp-θ）在该表达式当中，Bm定义为磁密幅度取值；f（θp-θ）定义为转子磁密所对应分布函数。

纯电动汽车电机控制系统建模与性能分析摘要电动汽车具有清洁无污染，能量来源多样化、能量效率高的特点，又便于实现智能化管理，可以解决燃油汽车带来的能量、环境以及交通等一系列问题，因此电动汽车已成为世界各国的研究热点。

我国的电动汽车技术还处于起步阶段，各方面的关键技术都需要研究解决。

电机及其控制技术是电动汽车的关键技术之一，是研究开发电动汽车首要解决的问题。

普通直流电机采用机械式换向器实现端口直流量与绕组内交变量之间的相互转换，运行中电刷和换向器之间必须保持滑动接触，因而难以避免地会存在火花，噪音，无线电干扰、片间电压限制、运行维护周期和环境运行保障等许多问题。

正因如此发展无刷式直流电机近年来一直受到人们额特别重视。

永磁无刷直流电机BLDCM（特别是稀土永磁电动机,以后无刷直流电机用BLDCM英文缩写代替永磁无刷直流电机电机）是近年来迅速发展的起来的一种新型电机，他利用电子换向代替机械换向，既具有直流电机的调速性能，且不需要其他设备的配合只要改变输入或励磁电压电流就能实现调速，又有交流电机结构简单、运行可靠、未付方便等优点。

而且体积小、效率高，在许多领域得到广泛的运用。

关键词：无刷直流电机；机械换向；电子开关线路（电子换向装置）；转子位置传感器Electric car permanent magnet brushless dcmotor control system researchABSTRACTElectric cars a clean non-polluting, diversification of energy sources, energy efficiency high characteristic, and is easy to realize intelligent management, can solve the fuel car of energy, environment, and a series of problems such as traffic, so the electric car has become a research focus all over the world. Electric car technology is still in its infancy in our country, to solve all aspects of the key technology need to research. Motor and its control technology is one of the key technologies of electric vehicles, electric cars, is a research and development's priorities.Common dc motor port straight flow is realized by using mechanicalcommutator and mutual transformation between variables on winding stated, in the operation of the must keep sliding contact between brush and commutator, so inevitably there are spark, noise, radio interference, voltage limit, maintenance cycle operation and environmental protection and many other problems. Because of this development type brushless dc motor has been in recent years people pay special attention to his forehead.Permanent magnet brushless dc motor (especially rare earth permanent magnet motor) is developing rapidly in recent years the rise of a new type of motor, he used the electronic commutation to replace the mechanical commutation, both has the dc motor speed control performance, and do not need other equipment to cooperate as long as change input or excitation voltage current can realize speed regulation, and ac motor has simple structure, reliable operation, convenient without paying. And small volume, high efficiency, has been widely used in many fields.Key word: brushless dc motor; mechanical commutation; electronic switch line (electronic commutation device); the rotor position sensor目录1 绪论 (1)1.1 课题的背景及目的 (2)1.2 无刷直流电机的应用与发展方向 (3)1.3 国内外电机控制研究现状 (3)1.4 课题研究的目的和内容 (4)2 永磁无刷直流电机的结构和工作原理2.1 永磁无刷电机的结构 (5)2.2 永磁无刷直流电动机的工作原理 (5)2.3 永磁无刷电机稳态计算基本公式……………………………………………………3永磁无刷直流电动机的Matlab在建模基础上仿真结果及分析…………….3.1 永磁无刷直流电机的Matlab建模3.2 永磁无刷模型的仿真结果………………………………………………………………….3.3 仿真结果分析……………………………………………………………………………………….4 位置信号及其检测技术4.1 传感器位置检测4.2 无位置传感器位置检测4.3 电动汽车用永磁无刷电机位置检测5 永磁无刷电机的控制器………………………………………………...5.1 速度单闭环控制电路5.2 数字PID控制器算法及控制原理5.3 PWM控制的定义及技术的原理……………………………………………………………..5.4 控制器模块的具体分析……………………………………………………………………..….总结致谢参考文献I绪论1.1课题的背景及目的由电动机驱动的汽车。

永磁无刷直流电机控制系统仿真建模研究窦满峰，雷金莉(西北工业大学自动化学院陕西西安 710072)从永磁无刷直流电机（BLDCM）的工作原理和结构出发，在分析了BLDCM数学模型的基础上，提出了一种无刷直流电机系统建模仿真方法。

在Matlab/Simulink 中，采用模块化建模方法和M文件编写S函数，建立了BLDCM 本体模块、控制模块、逆变器模块和逻辑换相模块，再进行功能模块的有机整合，形成了永磁无刷直流电机双闭环调速系统的仿真模型。

利用该模型进行了电机动静态性能的仿真研究，仿真结果与理论分析一致，表明该方法建立的BLDCM仿真模型合理、有效。

该模型参数易于修改和替换，可方便的用于其他控制算法仿真研究，为BLDCM的控制算法的研究提供了新的方法。

无刷直流电机（BLDCM）； Matlab/Simulink；建模；仿真TP391 AModeling and Simulation of the PermanentMagnetic Brushless DC Motor Control SystemDou Manfeng, Lei Jinli(College of Automation Northwestern Polytechnical University Xi’an, Shaanxi, 710072, China)Abstract: Based on the principle and structure of the permanent magnetic brushless DC motor(BLDCM),and analyzing the mathematic mode, a novel method for modeling and simulation ofBLDCM control system was presented in this paper. In Matlab/Simulink, by the modular design andS-functions programming with M-files, the model of BLDCM block,control block, inverter blockand logic phase switcher block could be established, the model ofthe BLDCM double loop ofcontrol system was composed of the isolated functional blocks. The static and dynamicperformances of BLDCM were simulated, and the reasonability and validity were testified by thecoincidence of the simulation results and theory analysis. The parameter of this method is prone tomodification substitution, also suitable for verifying the reasonability of other control algorithmsand provides a new way for further research of the BLDCM.Key words: brushless DC motor (BLDCM); Matlab/Simulink; modeling; simulation;随着新型永磁材料、自动控制技术、电力电子技术以及电子技术的迅速发展，永磁无刷直流电机(BLDCM)也随之发展起来并已成熟为一种新型的机电一体化设备，它是现代工业设备中重要的运动部件。

永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究一、本文概述本文旨在全面探讨永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor, PMBLDCM）的设计和仿真研究。

永磁无刷直流电动机作为现代电力驱动系统的关键组件，具有高效率、高功率密度、低噪音和低维护成本等诸多优点，因此在电动汽车、航空航天、家用电器等领域得到了广泛应用。

本文将从理论基础、设计原则、仿真方法、优化策略等多个方面，对永磁无刷直流电动机的设计和仿真进行深入研究。

本文将概述永磁无刷直流电动机的基本工作原理和结构特点，为后续的设计研究和仿真分析奠定理论基础。

接着，重点讨论电动机设计过程中的关键因素，包括绕组设计、磁路设计、热设计以及电磁兼容性设计等，并提出相应的设计原则和优化策略。

在此基础上，本文将探讨基于数值计算的仿真分析方法，包括有限元分析、电路仿真、热仿真等，以评估电动机的性能和可靠性。

本文将总结永磁无刷直流电动机设计和仿真研究的最新进展，展望未来的发展趋势和研究方向。

通过本文的研究，旨在为读者提供一套完整的永磁无刷直流电动机设计和仿真分析框架，为推动该领域的技术进步和应用发展做出贡献。

二、永磁无刷直流电动机的基本原理与特点永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor, PMBLDCM）是一种结合了直流电机与无刷电机技术的先进电动机类型。

其基本原理在于利用永久磁铁产生的恒定磁场作为电机的励磁场，并通过电子换向器实现电流的换向，从而实现电机的连续旋转。

这种设计消除了传统直流电机中的机械换向器和电刷，显著提高了电机的运行效率和可靠性。

高效率：由于消除了机械换向器和电刷，减少了能量损失和摩擦，使得PMBLDCM具有更高的运行效率。

高转矩密度：永磁体产生的恒定磁场使得电机在相同体积下能够产生更大的转矩。

良好的调速性能：通过电子换向器，可以实现对电机转速的精确控制，满足各种应用需求。

无刷直流电机控制系统的仿真与分析一、本文概述随着科技的不断进步和电机技术的快速发展，无刷直流电机（Brushless Direct Current, BLDC）因其高效、低噪音、长寿命等优点，已广泛应用于电动汽车、无人机、家用电器等众多领域。

然而，无刷直流电机的控制系统设计复杂，涉及电子技术、控制理论、电机学等多个学科领域，因此，对其进行深入研究和仿真分析具有重要意义。

本文旨在探讨无刷直流电机控制系统的基本原理、仿真方法以及性能分析。

将简要介绍无刷直流电机的基本结构和控制原理，包括其电机本体、电子换向器、功率电子电路等关键部分。

将详细介绍无刷直流电机控制系统的仿真建模过程，包括电机模型的建立、控制算法的设计以及仿真环境的搭建。

通过对仿真结果的分析，评估无刷直流电机控制系统的性能，包括动态响应、稳态精度、效率等指标，并提出优化建议。

本文的研究不仅有助于深入理解无刷直流电机控制系统的运行机制和性能特点，还可为实际工程应用提供理论支持和指导。

通过仿真分析，可以预测和优化无刷直流电机控制系统的性能，提高系统的稳定性和可靠性，推动无刷直流电机在更多领域的应用和发展。

二、无刷直流电机控制系统基本原理无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）是一种采用电子换向器替代传统机械换向器的直流电机。

其控制系统主要由电机本体、电子换向器（也称为功率电子电路或逆变器）以及控制器三部分组成。

无刷直流电机控制系统的基本原理，就在于如何准确地控制逆变器的开关状态，从而改变电机内部的电流流向，实现电机的连续旋转。

控制器根据电机的运行状态和用户的输入指令，生成适当的控制信号。

这些控制信号是PWM（脉宽调制）信号，用于控制逆变器的开关状态。

逆变器一般由六个功率开关管（如MOSFET或IGBT）组成，分为三组，每组两个开关管串联，然后三组并联在直流电源上。

每组开关管分别对应电机的一个相（A、B、C），通过控制每组开关管的通断，可以改变电机每相的电流大小和方向。