无刷直流电机换相仿真波形(带详解)
无刷直流电机经典换相方式
无刷直流电机经典换相方式1、引言你希望在你的新产品中使用无刷伺服电机吗？平时，我们可能也常碰到一些关键词，例如“梯形波式”，“正弦波式”和“矢量控制”。
只有当你了解了他们的真正含义，才能在你的新设计中选择正确的产品。
在过去的十年甚至二十年中，伺服电机市场已经从有刷伺服转变成无刷伺服的市场，这主要是由无刷伺服的低维修率和高稳定性所决定的。
在这十几年中，驱动部分在电路和系统方面的技术已发展的非常完善。
控制方式也已经完全可以实现那些关键词所描述的功能。
大部分的高性能的伺服系统都采用一个内部控制环来控制力矩。
这个内部的力矩环通过和外部的速度环和位置环的配合以达到不同的控制效果。
外部控制环的设计是与匹配的电机没有关系的，而内部的力矩环的设计则与所匹配的电机的性能息息相关。
有刷电机的力矩控制是非常简单的，因为有刷电机自身可完成换相工作。
所输出的力矩是和有刷电机两极输入的直流电压成正比的。
力矩也可通过 P-I控制回路轻松地得到控制。
P-I控制回路的主要功能就是通过检测电机实际电流和控制电流之间的偏差，实时地调整电机的输入电压。
图1由于无刷电机自身没有换相功能，所以相对应的控制方式就比较复杂。
无刷电机有三组线圈，有别于有刷电机的两组线圈。
为了获得有效的力矩，无刷电机的三组线圈必须根据转子的实际位置进行相互独立的控制。
这种驱动方式就充分地说明了对无刷电机控制的复杂性。
2、无刷电机基础简单来说，无刷电机主要由旋转的永磁体（转子）和三组均匀分布的线圈（定子）组成，线圈包围着定子被固定在外部。
电流流经线圈产生磁场，三 组磁场相互叠加形成一个矢量磁场。
通过分别控制三组线圈上的电流大小，我们可以使定子产生任意方向和大小的磁场。
同时，通过定子和转子磁场之间的相互吸引 和排斥，力矩便可自由地得到控制。
图2对于转子旋转的任意角度，定子都存在着一个最优化的磁场方向，能产生最大的力矩；同样，定子也能产生一个无力矩输出的磁场方向。
简单地说， 如果定子生成的磁场和转子永磁体的磁场方向一致，电机就不会输出任何力矩。
无刷直流电机仿真教程
基于MATLAB／SIMULINK的无刷直流电动机系统仿真0引言无刷直流电机（Brushless DC Motor，以下简称BLDCM），是随着电力电子技术和永磁材料的发展而逐渐成熟起来的一种新型电机。
为了有效的减少控制系统的设计时间，验算各种控制算法，优化整个控制系统，有必要建立BLDCM 控制系统仿真模型。
本文在BLDCM数学模型的基础上，利用MATLAB的SIMULINK和S-FUNCTION建立BLDCM的仿真模型，并通过仿真结果验证其有效性。
1无刷直流电机仿真模型本文在MATLAB的SIMULINK的环境下，利用其丰富的模块库，在分析BLDCM数学模型的基础上，建立BLDCM控制系统仿真模型，系统结构框图如图1所示。
图1 无刷直流电机控制原理框图以图1为基础，按照模块化建模的思想搭建的系统的仿真模型如图2所示。
整个控制系统主要包括电动机本体模块、逆变器模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。
图2 无刷直流电机控制系统仿真模型框图1.1电动机本体模块在整个控制系统的仿真模型中，BLDCM本体模块是最重要的部分，该模块根据BLDCM电压方程求取BLDCM三相相电流，而要获得三相相电流信号i a，i b，i c必须首先求得三相反电动势信号e a，e b，e c，整个电动机本体模块的结果如下图3所示。
电机本体模块包括反动电势求取模块，中性点求取模块，转矩计算模块和位置检测模块。
图3 电机本体模块1.反电势求取模块本文直接采用了SIMULINK中的Lookup Table模块，运用分段线性化的思想，直观的实现了梯形波反电动势的模拟，具体实现如图4所示。
图4 反电势求取模块Lookup Table模块的实质是通过查表构造反电动势波形，只要把360°内的反电动势的单位波形预先输入至Lookup Table模块中，就能得到其单位理想波形，由前面的数学模型知道，反电势梯形波的幅值为：e=Ke*ω。
无刷电机驱动信号波形特点
无刷电机驱动信号波形特点无刷电机驱动信号波形特点是指在无刷电机驱动过程中，电机驱动信号的波形特征。
无刷电机是一种通过电子换向器来控制电机运动的电机，相比传统的有刷电机，无刷电机具有高效、高性能和低噪音等优点。
无刷电机驱动信号波形特点的了解对于电机控制和系统性能的优化具有重要意义。
无刷电机驱动信号波形特点主要包括以下几个方面：1. 方波信号：无刷电机的驱动信号一般为方波信号，其特点是周期性变化，幅值为高电平和低电平之间的差值。
方波信号可以通过电子换向器的控制来实现对电机的转速和转向等参数的调节。
2. 脉宽调制：无刷电机驱动信号中常使用的一种调制方式是脉宽调制（PWM）。
脉宽调制是指通过改变方波信号中高电平和低电平的时间比例来控制电机运动。
通过调节脉宽比例，可以实现对电机转速的控制。
3. 频率调节：无刷电机驱动信号的频率也是一个重要的参数。
频率越高，电机的转速越快，但同时也会增加功率损耗。
因此，在实际应用中，需要根据具体的需求来选择合适的驱动信号频率。
4. 正弦波信号：除了方波信号外，无刷电机驱动信号还可以采用正弦波信号。
正弦波信号可以实现更平滑的电机控制，减小电机的振动和噪音。
然而，正弦波驱动信号的实现相对复杂，需要更高的硬件和软件支持。
5. 相位差：无刷电机驱动信号中的相位差是指控制电机不同相位的信号之间的时间差。
相位差的调节可以改变电机的转向和转速。
通过电子换向器的控制，可以实现电机的正转、反转和停止等运动状态。
6. 软启动和软停止：无刷电机驱动信号的波形特点还包括软启动和软停止。
软启动是指在电机启动过程中，通过逐渐增加驱动信号的幅值来实现平稳启动，避免电机启动时的冲击和损坏。
软停止是指在电机停止过程中，通过逐渐减小驱动信号的幅值来实现平稳停止，避免电机停止时的冲击和损坏。
总结起来，无刷电机驱动信号波形特点主要包括方波信号、脉宽调制、频率调节、正弦波信号、相位差、软启动和软停止等。
了解和掌握这些波形特点对于优化电机控制和提高系统性能具有重要意义。
无刷直流电机调速系统的建模与仿真分析
无刷直流电机调速系统的建模与仿真分析摘要：本文基于电机运行方程建立无刷直流电机的仿真模型，对无刷直流电机的转速环、电流环双环控制策略进行仿真，通过仿真结果验证无刷直流电机仿真模型的有效性以及控制策略的有效性。
主题词：无刷直流电机；建模；仿真；控制。
1 无刷直流电机控制系统的组成本文所建立的无刷直流电机控制系统由无刷直流电机、三相电压型逆变器、检测电路、控制电路组成，采用速度环和电流环双环控制，如图1所示。
速度环利用与电机同轴的霍尔传感器检测电机的转速，与参考转速进行比较，速度环的输出作为电流环三相参考电流的幅值，结合电机转子的位置信息得到电流环的参考电流，，。
电流检测电路测量无刷直流电机的三相定子电流、、，与三相参考电流进行滞环比较，电流环的输出经过控制电路转化为逆变器开关管IGBT的的控制信号，控制逆变器输出无刷直流电机需要的定子电流。
图1 无刷直流电机控制系统的组成框图3 无刷直流电机控制系统的数学模型3.1电机数学模型无刷直流电机定子绕组为三相Y型接法，两两导通方式，驱动电路采用三相全桥逆变电路。
为了方便分析BLDCM的数学模型及电磁转矩等特性，作如下假设[2]：(1)三相绕组完全对称，气隙磁场分布为梯形波，平顶宽为120°电角度；(2)忽略齿槽、换相过程和电枢反应的影响；(3)磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗；(4)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布。
3.1.1 电压平衡方程BLDCM的电压平衡方程如公式1所示。
(1)式中，、、——定子各相电压，单位：V；——定子电阻，单位：；、、——定子各相电流，单位：A；，——定子电感，互感，单位：H;、、——各相反电势，单位：V。
3.1.2 转矩方程和机械运动方程BLDCM的转矩方程如公式2所示，机械运动方程如公式3所示。
(2) (3)式中，——电磁转矩，单位；——电机转子减速度，单位rad/s；——负载转矩；单位为；——转动惯量，单位为；——阻尼系数，单位为。
(完整版)无刷直流电机经典换相方式
1、引言你希望在你的新产品中使用无刷伺服电机吗？平时，我们可能也常碰到一些关键词，例如“梯形波式”，“正弦波式”和“矢量控制”。
只有当你了解了他们的真正含义，才能在你的新设计中选择正确的产品。
在过去的十年甚至二十年中，伺服电机市场已经从有刷伺服转变成无刷伺服的市场，这主要是由无刷伺服的低维修率和高稳定性所决定的。
在这十几年中，驱动部分在电路和系统方面的技术已发展的非常完善。
控制方式也已经完全可以实现那些关键词所描述的功能。
大部分的高性能的伺服系统都采用一个内部控制环来控制力矩。
这个内部的力矩环通过和外部的速度环和位置环的配合以达到不同的控制效果。
外部控制环的设计是与匹配的电机没有关系的，而内部的力矩环的设计则与所匹配的电机的性能息息相关。
有刷电机的力矩控制是非常简单的，因为有刷电机自身可完成换相工作。
所输出的力矩是和有刷电机两极输入的直流电压成正比的。
力矩也可通过P-I控制回路轻松地得到控制。
P-I控制回路的主要功能就是通过检测电机实际电流和控制电流之间的偏差，实时地调整电机的输入电压。
图1由于无刷电机自身没有换相功能，所以相对应的控制方式就比较复杂。
无刷电机有三组线圈，有别于有刷电机的两组线圈。
为了获得有效的力矩，无刷电机的三组线圈必须根据转子的实际位置进行相互独立的控制。
这种驱动方式就充分地说明了对无刷电机控制的复杂性。
2、无刷电机基础简单来说，无刷电机主要由旋转的永磁体（转子）和三组均匀分布的线圈（定子）组成，线圈包围着定子被固定在外部。
电流流经线圈产生磁场，三组磁场相互叠加形成一个矢量磁场。
通过分别控制三组线圈上的电流大小，我们可以使定子产生任意方向和大小的磁场。
同时，通过定子和转子磁场之间的相互吸引和排斥，力矩便可自由地得到控制。
图2对于转子旋转的任意角度，定子都存在着一个最优化的磁场方向，能产生最大的力矩；同样，定子也能产生一个无力矩输出的磁场方向。
简单地说，如果定子生成的磁场和转子永磁体的磁场方向一致，电机就不会输出任何力矩。
无刷直流电机的数学模型
图1闭环控制的BLDCM 调速系统2.2 无刷直流电机的暂态数学模型以两极三相无刷直流电机为例来说明其数学建立模型的过程。
电机定子绕组为Y 型联接，转子采用内转子结构，3个霍尔元件在空间相互间隔120°对称放置。
在此结构基础上，假设电机的磁路不饱和，不计涡流损耗、磁滞损耗及电枢反应；忽略齿槽效应；驱动系统中，整流逆变电路的功率管和续流二极管均为理想开关器件错误！未找到引用源。
2.2.1 定子电压方程由以上的假设条件，无刷直流电机每相绕组的相电压由电阻压降和绕组感应电势两部分组成，其定子电压平衡方程为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a c b a c cbcabc b baac ab ac b a c b ac b a e e e i i i L L L L L L L L L dtd i i i R 00R 000R U U U (2-1)式(2-1)中，a e 、b e 、c e 为各相定子反电动势，a i 、b i 、c i 为各相定子电流，a U ，b U ，c U 为定子各相电压，a R ，b R ，c R 为定子各相绕组电阻，a L ，b L ，c L 为定子各相绕组自感，ab L ，ac L ，ba L ，bc L ，ca L ，cb L 为定子间各相绕组的互感，由于无刷直流电机的转子为永磁体。
假设无刷直流电机三相绕组对称，忽略磁阻间的影响，则可以认为定子各相绕组间互感为常数，即s c b a L L L L ===，R R R R c b a ===，M L L L L L L cb ca bc ba ac ab ======。
则式(2-1)改写为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a c b a s s sc b a c b a e e e i i i L MMM L M M M L dt d i i i R 00R 000RU U U (2-2)由0i i i c b a =++，0Mi Mi Mi c b a =++，代入式(2-2)，整理可得⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a c b a c b a c b a e e e i i i L 000L 000L dt d i i i R 00R 000R U U U (2-3)式(2-3)中M L L s -=。
无刷直流电机的建模与仿真
无刷直流电机的建模与仿真一、引言随着无刷直流电机在伺服系统、电动汽车、机器人及家用电器等领域的广泛应用，人们对电机及其系统的运行分析和优化设计也越来越关注。
借助建模与仿真技术，人们可以研究、分析整个电机系统的各类定量关系，提取设计、分析和调试电机及其驱动系统所需的信息、数据和资料。
本文主要研究反电动势近似梯形波的永磁无刷直流电机模型的建立与仿真，通过MATLAB/SIMULINK ，构建一个无刷直流电机的控制系统模型，并对其进行仿真分析。
二、无刷直流电机的数学模型无刷直流电机具有梯形的反电动势、矩形电流波形，定子与转子的互感是非线性的，因此不宜采用坐标变换的方法进行分析。
为了便于分析，简化系统的模型，假设电机铁磁部分的磁路为线性，即不计饱和、剩磁、磁滞和涡流的影响；不考虑电枢反应对气隙磁场的影响；三相定了为Y 形连接。
由此可得无刷直流电机三相绕组的电压方程如下：⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛c b a c b a C CBCABC B BAAC AB A c b a c b a e e e i i i p L L L L L L L L L i i i R R Ru u u 000000 （1）其中a u ，b u ，c u ——三相相电压； a i ，b i ，c i ——三相相电流；a e ，b e ，c e ——三相反电动势； A L ，B L ，C L ——三相绕组的自感；AB L ，AC L ，BA L ，BC L ，CA L ，CB L ——各相绕组间的互感； R ——绕组电组（假设三相相等）； p ——微分算子；对于转子使用永磁材料构成的无刷直流电动机，转子的影响可忽略，可认为电感是常数，与转子位置无关， 即：C B A L L L == ；M L L L L L L CB CA BC BA AC AB ======又因为三相绕组为Y 形连接，无中线，所以任意时刻总有0=++c b a i i i 成立。
无刷直流电机（BLDC）建模与仿真
无刷直流电机（BLDC）建模与仿真文章目录o一、BLDC建模o二、BLDC仿真o三、参考文献按照最常用的定义，无刷直流电机有两种，一种是梯形波反电动势无刷直流电机，也就是通常说的BLDC，另一种是正弦波反电动势无刷直流电机，也就是PMSM。
本文只研究梯形波反电动势无刷直流电机，也就是BLDC的建模和仿真。
虽然没有PMSM控制精度高、转矩波动小，但是BLDC控制算法简单、成本低，在对转矩脉动要求不高的场合也有很广泛的应用。
一、BLDC建模最常见的无刷直流电机，其原理简单来说如下图所示：由三相逆变器、三相绕组定子、永磁转子以及位置传感器组成。
逆变器的输出与三相定子绕组连接，驱动器产生PWM控制功率器件的开合，从而产生三相旋转的方波，控制电机转动。
定子产生的磁场方向与转子磁场方向垂直才能产生最大的电磁转矩，所以在BLDC中通常需要检测转子位置，从而获取三相定子的换向时刻，驱动电机不停运转。
霍尔传感器体积小、成本低，因此用的最多。
1.1 定子和转子定子和转子的结构如下图所示：定子铁心中嵌入三相绕组，可以是Y型或△型连接方式，用的较多的是Y型连接、三相对称且无中性点引出。
绕组形式也有许多种，梯形反电动势无刷直流电机常用集中整距绕组。
而正弦波反电动势无刷直流电机常用短距分布绕组、分数槽和正弦绕组来减少转矩脉动。
转子由一定极对数的永磁体镶嵌在铁心表面或者嵌入铁心内部构成。
梯形波反电动势无刷直流电机采用瓦形磁极来产生梯形的磁通密度，从而产生梯形波反电动势；而正弦波反电动势无刷直流电机采用抛物线状永磁体来产生正弦波磁通密度。
1.2 位置传感器无刷直流电机利用电子换向器代替了有刷直流电机的机械换向器，一般来说需要位置传感器检测转子磁极位置，为电子换向器提供换向时刻信息。
而在电机中加入位置传感器会增加电机体积、增加成本，所以无位置传感器的BLDC控制技术是现在的研究热点。
无位置传感器无刷电机需要通过综合其他信息来提供换向时刻，例如最常用的是利用反电动势过零点进行换向。