MATLAB无刷直流电机的双闭环控制系统仿真(2)

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2.3.1 机械特性.10

2.3.2 调节特性.11

2.3.3 工作特性.12

2.4 无刷直流电机的数学模型...14

2.4.1 无刷直流电机的等效电路图 14

2.4.2 无刷直流电机的电压方程... 15

2.4.3 无刷直流电机的电磁转矩方程...15

2.4.4 无刷直流电机的状态方程... 16

2.4.5 无刷直流电机的传递函数... 16

第三章无刷直流电机的双闭环控制系统... 18

3.1无刷直流电机双闭环调速系统介绍... 18

3.1.1 单闭环控制系统存在的问题... 18

3.1.2 双闭环控制系统的原理图 19

3.1.3 双闭环控制系统的组成和静特性...19

3.1.4 双闭环控制系统的稳态工作点及系数的计算..20

3.1.5 双闭环控制系统的动态性能分析...21

3.2 PI调节器的原理与分析.. 22

3.2.1 PID 调节器的原理.23

3.2.2 双闭环 PI调节的分析..23

3.3 双闭环PI 调节器的设计.25

第四章基于 MATLAB 的 BLDCM 控制仿真模块的建立..27

4.1 MATLAB/Simulink的介绍27

4.1.1 MATLAB 的简介... 27

4.1.2 Simulink 的功能与特点 27

4.2 基于PI 双闭环控制的系统仿真图 28

4.3 无刷直流电机双闭环控制系统仿真各模块的建立.29

4.3.1 电机本体模块 29

4.3.2 电流控制模块.. 31

4.3.3 转速控制模块 31

4.3.4 转矩计算模块 32

4.3.5 电压逆变器模块 32

第五章双闭环控制系统仿真与结果分析... 34

5.1 双闭环控制系统仿真图... 34

5.2 仿真结果分析..39

结语.41

致谢.42

参考文献. 43
第一章绪论1.1 研究背景传统的直流电机存在许多弊端，最主要的是其以机械的形式进行换相，容易产生火花、噪音、无线电干预，动态性能差；其次它的结构比交流电机复杂许多，所以频繁发生故障、可靠性很低，需经常维修，且维修价格昂贵，一般企业负担不起。介于传统直流电机的缺点，科学家们在20 世纪30 年代通过对现代控制理论、电力电子技术和电机技术这三种理论技术的结合，研制出了永磁无刷直流电机 ] 1 [。自此之后，电子换相取代了传统的机械换向，解决了机械换相所带来的弊端，奠定了发展无刷直流电机的基础。但是由于当时关于大功率电子器件的资料非常匮乏，难以找到理想的电子换相元件，研究速度极其缓慢，大大限制了永磁无刷直流电机的发展，无法投入市场生产形成产品,只能滞留在试验阶段。1915 年，美国人发明了水银整流控制器，却没有发现整流管可替代机械电刷。1917年，Bolgior 通过多次的实验分析对比，发现了整流管可作为理想的元件来替代传统的以机械电刷，无刷直流电机的基本构思由此萌生。一直到1955 年，Harrison和其他研究组员正式提出了用晶体管换相替代机械换相，并申请了专利，这是历史上第一个与电机机械换相相关的专利，现代无刷直流电机的雏形诞生。但是，令人遗憾的是，当时还没有设计出启动转矩，所以这种电机并没有生产出来投入市场，无刷直流电机的研究又受到了阻碍。后来，科研人员为了改变这种情况，他们花费大量的时间去研究讨论。终于功夫不负有心人，1962 年两位科学家 T.G Wilson 和P.H Trikey研制出用霍尔元件换相的无刷直流电机，也叫 “固态换向直流电机”。霍尔元件的出现改变了无刷直流电机自身的发展路径，使之走上了产品化的道路并渐渐出现在市场中。之后，随着基于霍尔元件的电子换相线路和位置传感器的问世，真正的无刷直流电机产生。1970 年代之后，遍布各地的工业以迅猛之势发展起来，并带动了电力电子工业，多种多样的具有时代意义的高性能电力电子器件逐渐浮出水面，比如：电力晶体管 GTO、电力场效应管 MOSFET 和绝缘栅型双极性晶体管 IGBT，这些都是比较典型的半导体功率器件。此外，还出现了钦铁硼、衫钻等性能较好的永磁材料。这些都大大推进了无刷直流电机的发展，充当着指引者。德国 MANNESMANN公司在 1978年提出了矢量控制，完美展示了 MAC经典永磁无刷直流电机以及其驱动系统，将无刷直流电机控制水平提高到新的高度，引起了国际的关注，掀起了全世界研究发展无刷直流电机的热潮。至此，无刷直流电机冲破了实验室的束缚，得到了长远的发展，在市场上占有一席之地。由于我国在那个时期国力衰退、处境尴尬，因此在无刷直流电机方面的研究开始的相对比较晚。一直到20 世纪80 年代，国家才开始重视无刷直流电机的研究。但当时财力紧缩，加上对于电机方面的需求量比较少，只有一些科研单位和高等院校愿花费钱财和时间去研究，大多数公司则拭目以待。经过 20多年的发展，虽说我国在无刷直流电机方面的研究小有成果，但由于我国基础工业落后，在电机种类、生产质量等多方面都无法达到国际标准，差距很大。