无刷直流电机转速-电流双闭环控制策略
无刷直流电机的电流闭环控制
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]。
转速、电流双闭环直流控制系统介绍
转速、电流双闭环直流调速系统介绍自动化0811班肖小波08115073摘要本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。
从直流电动机的工作原理入手，建立双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析系统的工作原理及其静态性能。
关键词：双闭环直流调速系统1前言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。
直流双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。
直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。
2双闭环直流调速系统的工作原理2.1双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。
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。
在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。
但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图2-1a所示。
BLDC无刷直流电动机闭环控制策略研究
BLDC无刷直流电动机闭环控制策略研究无刷直流电动机（BLDC）是一种采用电子换向器而不是机械刷子进行换向的电动机。
它具有高效率、高功率密度、长寿命等优点，因此在许多应用领域得到了广泛应用。
在BLDC电动机的控制中，闭环控制策略对于确保电机的稳定运行、提高系统响应速度和准确性至关重要。
本文将对BLDC无刷直流电动机的闭环控制策略进行研究，并探讨其优势和应用。
首先，我们将介绍BLDC无刷直流电动机的基本原理以及其结构。
BLDC电动机是一种同步电动机，其转子由一组永磁体构成。
与传统的直流电动机相比，BLDC电动机无需机械刷子进行换向，而是通过电子换向器控制转子的位置和电流的方向。
这种结构使得BLDC电动机具有更高的效率和寿命。
在BLDC电动机的控制中，闭环控制是一种常用的策略。
闭环控制通过测量电机的实际运行状态，例如转速、转子位置和电流，然后根据这些实际状态进行控制，实现期望的运动轨迹和性能。
闭环控制可以通过PID控制器来实现，其中P代表比例控制、I代表积分控制、D代表微分控制。
PID控制器将根据实际测量值与期望值之间的差异来调整电机的输出。
闭环控制策略在BLDC电动机控制中的优势主要体现在以下几个方面：1. 提高系统的响应速度和准确性：闭环控制可以通过及时调整电机的输出来满足期望的运动轨迹。
通过反馈控制，系统可以根据实际状态进行修正，从而提高响应速度和准确性。
2. 抵抗外界干扰：闭环控制可以通过实时测量电机的实际状态，从而抵抗外界干扰。
例如，在荷载突变或环境温度变化的情况下，闭环控制可以及时调整电机的输出，以满足系统的需求。
3. 减小稳态误差：闭环控制可以通过精确测量电机的实际状态来减小稳态误差。
稳态误差是指系统在达到期望状态时与期望状态之间的差异。
闭环控制可以通过PID控制器来调整系统的输出，以减小稳态误差并使系统更加稳定。
除了闭环控制策略，还有一些其他的控制策略可以用于BLDC电动机的控制，例如开环控制和预测控制。
直流电机的转速电流双闭环控制
直流电机的转速电流双闭环控制The final edition was revised on December 14th, 2020.直流电机的转速电流双闭环控制摘要：本设计主要采用模拟电路实现直流电机控制的整流电源，转速调PI调节器，电流PI调节器的设计。
来实现对电机转速的控制，包括快速起动、恒速运行、堵转截止三大目标。
该设计的主要电路均采用模拟电路实现，电流环的PI 调节器用于保证快速起动，即保证电机起动时以最大负载电流起动，也即实现以最大加速度实现。
而转速调节器则用于在运行时实现转速恒定，保证带负载的能力。
两个PI调节器都采用集成运放实现。
其主要优点是克服传统意义上单环控制只能满足一方面的要求的缺陷。
关键词：电流环；转速环；PI调节器The Rotate Speed and Current Double Closed LoopFeedback Control for DC MotorAbstract: The major tasks of this design is utilizing simulating circuits to produce the rectifiering power source ,current PI regulator and rotate speed PI regulator for the DC major object of this desigen is making the DC motor started rapidly,rotating making the DC motor started rapidly with the largest load is the same to starting rapidly with the largest ,The rotate speed PI regulator make the DC mortor retated stably to any the change of the load .Both of the PI regulators use the integrated amplifier operator to accomplish the priority of this design are overcoming the defect of traditional single feedback loop.Key word: current feedback loop; rotate speed feedback loop;PI regulator目录摘要…………………………………………………………………………………错误!未定义书签。
无刷直流方波电动机的双闭环控制
无刷直流方波电动机的双闭环控制永磁无刷直流电动机在机械和电力系统方面是一种很引人注目的电动机。
这种机器结构的简单和它的控制特性类似于交流电机，它在商业，军事等其他领域的应用里是非常受欢迎的选择。
在普遍的无刷直流电动机的计划里，时间和空间的分布是按照磁力线的密度来考虑的，但是驱动环节的曲线是相差120度的。
巨大而细微的转矩是度量无刷电动机效率和低速执行的重要准则，它的直接效果就是在大转矩和细微转矩之间造成一种干扰。
一种引人注目的电动机的配置被人认为是方波电动机。
方波电动机来自于它的方波控制，主要在它的方波时空的磁通干扰中产生控制指令。
因此方波永磁电动机有很让人羡慕的前景，特别在机器人和商业服务中得到广泛重视。
这都是在方波永磁电动机产生的时候所不曾想过的。
2. 方波永磁电动机驱动系统方波永磁电动机驱动系统由三个部分组成：转换器，逻辑控制环节（包括速度调节器，时间调节器，和能量逻辑转换控制单元），详述如下下面是硬件执行器和操作的细节2.1 方波永磁电动机带有双结构方波永磁电动机是由六个小结构组成的。
电机额定电流和机械数据是：200v额定电压，18A的额定电流，3.0k的额定功率，1500转每秒的额定转速，0.0388千克没平方厘米。
2.2 IGBT 变换器一个变换器对频率/电压的三个阶段的组成适应IGBT 变换器的选择是非常重要的，其结果是他们中和了各种高介的性能。
变换器被六个IGBT支配着，没个包括60A的IGBT和一个反馈信号。
2.3 能量转换控制逻辑位置反馈信号被用于同时发生的相位变化的检测。
为了这样做，三个位置反馈信号，来源于PT，他们是在PSP环节被加工的，他们也受六个控制逻辑信号的控制来开/关IGBT、在IGBT变换器里。
在BLDCM的控制分布里有两个IGBT 工作在PWM的模式里，并且两个IGBT应该依靠于这样的逻辑控制信号。
虽然直流能量的频率被变换器的供给，依据这样的关系为IGBT提供信号的PWM信号是来源于三角波和触发控制信号Ui越大，U也就越大，所以BLDCM的速度也就越大。
无刷直流电动机双闭环调速系统
这样就简化成了Ｉ型系统，所以对阶跃输入为无
静差。根据“电子最佳调节原理”中的“二阶最佳系
统”原理。取Ｋｒ＝０．５，这时超调量盯，＝４．３％＜５％。
２丢丢。Ｆ鬲蒜２ １
能满足要求。所以取Ｋ
１
１３ｌ·６，
则甜ｄ＝Ｋ＝１３１．６，Ｋ＝１２６Ｋｉ，所以Ｋ＝１．０４４。 ３转速调节器参数的选择
在转速调节器设计时，可把已经设计好的 Nhomakorabea流环为了使电流环稳态上做到无静差以获得理想的堵 转特性，动态上保证系统的跟随性。把电流环校正成 典型Ｉ型系统，由图４可知，电流环的控制对象是２个 惯性环节，为了把电流环校正成典型Ｉ型系统，显然应 该采用ＰＩ调节¨Ｊ。
由于反馈滤波时间常数％（２ ｍｓ）及整流器失控
时间的滞后时间瓦（１．８ ｍｓ）满足下面的近似处理
社，１９９５· ［５】 李兵．基于ＭＣ３３０５芯片的电动车无刷直流电机闭环控制器的设
计［Ｊ］．轻工机械．２００７。２５（５）：５８－６０． ［６］ 李燕妮，朱善安，叶旭东．基于网络的直流电动机调速系统［ｊ］．机
某电动机的技术参数如下：
额定电压ＵＮ＝２２０ Ｖ，额定电流“＝１４０ Ａ，额定 转速ｎⅣ＝１ ４００ ｒ／ｍｉｎ，电枢回路总电阻Ｒ。＝０．４ Ｑ，主 回路电感Ｌ＝０．０２ Ｈ，电动机轴上拖动系统飞轮惯量
所以电动机的电磁时间常数￡。：告：０百．０２ 为２２ Ｎ·ｍ２，整流装置放大倍数Ｋ＝４０，给定电压Ｍ。
ｕ一（ｓ）一０．００１ ８ｓ２＋ｓ＋１３１．６一
ｌ
１
０．０００ ０１３ｓ２＋０．００７ ６ｓ＋ｌ ０．００７ ６ｓ＋１
按近似处理条件，１寺厂√—矿—高ｒ而一２９６，它将会大于∞。
＝３４．５（见后面的计算），因此上式处理是可行的。则
转速电流双闭环直流调速系统设计
转速电流双闭环直流调速系统设计一、引言直流调速系统是控制直流电机转速的一种常用方法。
在实际应用中，为了提高系统性能，通常采用双闭环控制结构，即转速环和电流环。
转速环用于控制电机转速，电流环用于控制电机电流。
本文将对转速、电流双闭环直流调速系统进行详细设计。
二、转速环设计转速环的主要功能是通过控制电机的转矩来实现对转速的精确控制。
转速环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和转矩方程，建立电机数学模型。
通常采用转速-电压模型，即Tm=Kt*Ua-Kv*w。
2.设计转速环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的转速环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
三、电流环设计电流环的主要功能是控制电机的电流，以确保电机输出的转矩能够满足转速环的要求。
电流环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和电流方程，建立电机数学模型。
通常采用电流-电压模型，即Ia=(Ua-R*Ia-Ke*w)/L。
2.设计电流环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的电流环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
四、双闭环控制系统设计在转速环和电流环都设计好的基础上，将两个闭环控制器连接起来，形成双闭环控制系统。
具体步骤如下：1.控制系统结构设计：将电流环置于转速环的前端，形成串级控制结构。
2.系统建模：将转速环和电流环的数学模型进行串联，建立双闭环控制系统的数学模型。
转速、电流双闭环直流调
• 系系统统组组成成与与静静特特性性 一一、、问题的提出 电流截止转速单环系统的缺陷： ➢ 动态性能差： 共用1个调节器，起动时， 控制器力图使指令和转速、 电流反馈共同形成的偏差 等于0，随转速的不断上 升，电流必不断相应减小， 使起动时不能保持电流恒 为最大允许值，起动时间长。
33
讨论
➢阻尼较小时, 超调量显著增大, 稳定裕量减小； 阻尼比过大, 系统响应过于缓慢, 对一般的控制 系统, 常将阻尼比选择在0.5到0.707之间。这时 系统超调不大, 响应也较快。
➢ 工程设计推荐选择阻尼比＝0.707即K=1/2T作为 典I系统最佳设计参数。适用于要求响应较快, 不 允许超调过大的系统。推荐参数仅仅是作为 系统 期望特性的初选设计参数, 在系统整定调试时 应 根据系统运行情况按照表所列的变化趋势对参数 作灵活调整, 以使系统取得实际最佳的动静态性能
31
典型Ⅰ型系统动态跟随性能指标3
• 峰值时间 • 相角稳定裕量 • 截止频率 • 闭环谐振峰值
32
典Ⅰ系统动态跟随性能指标4
• 工程设计时, 可根据指标要求通过查表进行参数初选, 不必通过公式作精确计算 , 调试时再整定修正。
KT 0.25 0.31 0.39 0.5 0.69 1.0
x 1.0 0.9 0.8 0.707 0.6 0.5
5
各变量的稳态工作点和稳态参数 计算
• 双环调速系统在稳态工作时, 两调节器均不饱和
6
Ⅱ.系统模型与动态性能
• 动态结构图
7
起动过程
分析
• 闭环调速系统的期望起动过程系统对
阶跃的响应应尽可能地
• 稳: 稳定性好、 准: 稳态误差小、
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1.1 研究背景 .................................................................................................................... 1 1.2 研究现状及分析 ........................................................................................................ 2 1.3 研究目的及意义 ........................................................................................................ 3 1.4 本文的主要内容 ........................................................................................................ 4
系(教研室)主任： 学院主管领导：
（签章） （签章）
年 月 日 年 月 日
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
摘
要
在一个世纪以来，电动机的发展已经得到了许多的变革，种类也呈现多样性，但 现在最常见也是最主要的是同步电动机、异步电动机和直流电动机这三类。电动机的 作用也就是充当转换装置，来进行机电能量的转换。在三种电动机之中，大家都深知 直流电动机具有运行效率高以及调速性能好等很多优点， 但任何事物都要一分为二来 看待，直流电动机还存在一些不足之处。传统直流电机以机械形式进行换向，存在火 花、无线电干预、噪声和寿命短等严重弊端，还有一些缺陷是这些传统直流电机的结 构制造、材料选取使得其进行产品生产的成本很高和维护修理也较为麻烦，不管是工 业还是民用方面都有很大的限制。在这种情况下，使得目前许多的工工业、农业、制 造业等一些生产活动中使用少有直流电动机的身影，取而代之的是三相异步电动机。 无刷直流电机是是永磁电机的一种，如果换个角度看，它将是一个非线性、多变 量的集成系统,与微电子元器件、电力电子元器件有着精密联系，无刷直流电机正是 伴随前两者出现的。无刷直流电动机优点很多，跟交流电动机一样，基本结构简单、 工作运行可靠、维护修理方便等一系列优点都具备，而又与交流电动机的许多特性相 似，如其工作运行效率高、没有励磁损耗以及调节速度的性能好等，故广泛应用于当 今国民经济的各个领域，中小功率的调速系统正逐步被无刷直流电机调速系统所取 代。无刷直流电机的关键技术之一是控制策略。本文采用双闭环 PI 调速控制系统， 实现转速的抗干扰调节，使得无刷直流电机在稳态时无静差。文章详细介绍了无刷直 流电机的基本结构、运行工作原理、研究目的和应用状况，建立简单的无刷直流电机 数学模型， 并利用 MATLAB/SIMULINK 强大的仿真平台， 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。通过对模型仿真，结果清楚的显示： 该控制模型工作运行可靠、平稳，没有什么波动，具有良好的静、动态特性。
江 苏 科 技 大 学
毕业设计（论文）任务书
学院名称：电气与信息工程学院 专 学生姓名： 指导教师： 赵 琛 学 职
业：电气工程及其自动化 号： 称： 1045533237 副教授
魏海峰
2014 年 3 月电机转速-电流闭环控制策略
一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达 到的指标和应做的实验等） 1 提供条件：
technologies about the brushless DC motor is control strategies. In this paper, single-loop PI speed control system, adjust the speed of interference, making the brushless DC motor static error in the steady state. This paper introduces the basic structure of a brushless DC motor, run the working principle, purpose and application status, create a simple mathematical model of a brushless DC motor, and using MATLAB / SIMULINK powerful
无刷直流电机的相关资料，MATLAB 仿真软件
2 设计内容与要求:
(1) 掌握无刷直流电机的原理、结构和模型； (2) 掌握仿真软件 MATLAB/Simulink 的使用； (3) 在 MATLAB/Simulink 中构建无刷直流电机转速-电流闭环控制系统； (4) 撰写论文，通过答辩。
二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）
II
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
simulation platform, a simulation model of the control system, for brushless DC motor speed loop control system simulation. Through the model simulation, the results clearly show that: the control model work is reliable, stable, no volatility, has good static and dynamic characteristics.
(1) 毕业设计论文：一份（不少于 1.5 万字） ； (2) 外文译文：一篇（不少于 5000 英文单词） ； (3) 无刷直流电机转速-电流闭环控制系统仿真模型：一套；
三、完成日期及进度
2014 年 3 月 17 日至 2014 年 6 月 13 日，共 13 周。
进度安排：
3.17－4.7：熟悉任务要求，查阅资料，翻译外文资料； 4.8－5.5：学习、掌握无刷直流电机的原理、结构和模型，完成开题报告 及外文资料翻译； 5.5－5.19：学习、掌握 MATLAB/Simulink 的使用； 5.20－6.1：在 MATLAB/Simulink 中构建无刷直流电机的转速-电流闭环控 制系统仿真模型，并调试； 6.1－6.13：撰写毕业论文、答辩。
四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等） ：
(1) 汤蕴璆, 罗应立, 梁艳萍. 电机学（第三版）. 机械工业出版社, 2008. (2) 张琛. 直流无刷电动机原理及应用 （第二版） . 机械工业出版社, 2004. (3) 王兆安, 黄俊. 电力电子技术（第四版）. 机械工业出版社, 2005. (4) 陈伯时. 电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第三版）. 机械 工业出版社, 2004. (5) 张志涌. 精通 MATLAB 6.5 版教程. 北京航天航空大学出版社, 2005. (6) 潘晓晟. MATLAB 电机仿真精华 50 例. 电子工业出版社, 2007.
Keywords:
Brushless DC Motor; double-loop control system; MATLAB/Simulink;
modeling and simulation
III
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
目
第一章
录
绪论 .......................................................................................... 1
江 苏 科 技 大 学
本 科 毕 业 设 计（论文）
学 专
院 业
电气与信息工程学院 电气工程及其自动化 赵琛 1045533237 魏海峰
学生姓名 班级学号 指导教师
二零一四年六月
江苏科技大学本科毕业论文
无刷直流电机转速-电流闭环控制策略
Brushless DC Motor speed-current Loop Control Strategy
关键词：无刷直流电机；双闭环控制系统；
MATLAB/Simulink；建模仿真
I
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
Abstract
In the past century, the development of the motor has been a lot of change, species diversity is also presented, but now the most common and most important categories is the three of following: synchronous motors, asynchronous motors and DC motors. The effect of the motor is converted to act as means for electromechanical energy conversion. Among the three motors, we are well aware of the DC motor with high efficiency and speed performance, and many other advantages, but everything should be viewed distinction, DC motors are still some inadequacies. The high cost and maintenance of traditional DC motor commutation mechanical form, there are sparks serious drawbacks radio interference, noise and short life, there are some defects in the structure of these traditional DC motor manufacturing, material selection makes its product production repair is also more trouble, whether industrial or civilian aspects greatly restricted. In this case, making some of the many currently work in industry, agriculture, manufacturing and other production activities, using a rare figure of a DC motor, replaced by a three-phase asynchronous motors. Brushless DC motor is a permanent magnet motor, if another point of view, it is a nonlinear, multivariable integrated systems, and microelectronics components, power electronics components with precision contact, brushless DC motors are is accompanied by the appearance of the two. Many advantages of brushless DC motors, AC motors with the same simple basic structure, reliable operation, easy maintenance and repair all have a series of advantages, But with many features similar to AC motors, high operating efficiency as they work, no good excitation loss and performance tuning speed, etc., it is widely used in today's national economy, small and medium-power speed control system is gradually being brushless DC motor speed control system is replaced. One of the key