无刷直流电动机启动过程的Matlab仿真
一种基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法
一种基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法一、本文概述无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDC）以其高效率、低噪音、长寿命等优点，在航空航天、电动汽车、家用电器等领域得到广泛应用。
为了对无刷直流电机控制系统进行性能分析和优化，需要建立精确的数学模型并进行仿真研究。
Matlab作为一种强大的数学计算和仿真软件，为无刷直流电机控制系统的建模仿真提供了有力支持。
二、无刷直流电机控制系统原理1、无刷直流电机基本结构和工作原理无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor，简称BLDCM）是一种基于电子换向技术的直流电机，其特点在于去除了传统直流电机中的机械换向器和电刷，从而提高了电机的运行效率和可靠性。
无刷直流电机主要由电机本体、电子换向器和功率驱动器三部分组成。
电机本体通常采用三相星形或三角形接法，其定子上分布有多个电磁铁（也称为线圈），而转子上则安装有永磁体。
当电机通电时，定子上的电磁铁会产生磁场，与转子上的永磁体产生相互作用力，从而驱动转子旋转。
电子换向器是无刷直流电机的核心部分，通常由霍尔传感器和控制器组成。
霍尔传感器安装在电机本体的定子附近，用于检测转子位置，并将位置信息传递给控制器。
控制器则根据霍尔传感器提供的位置信息，控制功率驱动器对定子上的电磁铁进行通电，从而实现电机的电子换向。
功率驱动器负责将控制器的控制信号转换为实际的电流，驱动定子上的电磁铁工作。
功率驱动器通常采用三相全桥驱动电路，具有输出电流大、驱动能力强等特点。
无刷直流电机的工作原理可以简单概括为：控制器根据霍尔传感器检测到的转子位置信息，控制功率驱动器对定子上的电磁铁进行通电，产生磁场并驱动转子旋转；随着转子的旋转，霍尔传感器不断检测新的转子位置信息，控制器根据这些信息实时调整电磁铁的通电状态，从而保持电机的连续稳定运行。
由于无刷直流电机采用电子换向技术，避免了传统直流电机中机械换向器和电刷的磨损和故障，因此具有更高的运行效率和更长的使用寿命。
无刷直流电动机启动过程的Matlab仿真
无刷直流电动机启动过程的Matlab仿真
张会焱
【期刊名称】《《电脑知识与技术》》
【年(卷),期】2009(005)010
【摘要】该文主要讨论的是无刷直流电动机启动仿真。
首先建立了无刷直流电动机的数学模型，然后详细讨论了无刷直流电动机的三相导通三相星形六状态下磁势随电流流向的改变而改变的情形并给出了启动过程的动态仿真。
最后给出了仿真的结果。
该文还讨论了电动机参数改变情况下的仿真结果的变化。
【总页数】4页(P2706-2709)
【作者】张会焱
【作者单位】上海海事大学上海200135
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
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4.基于DSP2812的无刷直流电动机控制及其MATLAB仿真 [J], 周立媛;韩文波;
薛书飞
5.无刷直流电动机启动过程的Matlab仿真 [J], 张会焱
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一种基于 Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法
一种基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法摘要：在分析无刷直流电机（BLDC）数学模型的基础上，提出了一种无刷直流电机控制系统仿真建模的新方法。
在Matlab/Simulink环境下，把独立的功能模块和S函数相结合，构建了无刷直流电机系统的仿真模型。
系统采用双闭环控制：速度环采用离散PID控制，根据滞环电流跟踪型PWM逆变器原理实现电流控制。
仿真和试验结果与理论分析一致，验证了该方法的合理性和有效性。
此方法也适用于验证其他控制算法的合理性，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：无刷直流电机；建模；仿真；电流滞环；Matlab中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2008) 02-293-06A Method for Modeling andSimulation ofBrushless DC Motor Control System based on MatlabYIN Y un-hua, ZHENG Bin, ZHENG Hao-xin(National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology, North University of China, Taiyuan 030051, China)Abstract: Based on the mathematical model of the Brushless DC motor (BLDC), a novel method for modeling and simulation of BLDC control system was proposed. In Matlab/Simulink, by the combination of the isolated functional blocks and S-functions, the model of BLDC could be established. In the double loop of control system, a discrete PID controller was adopted in the speed loop and a current controller was completed in the current loop on the principle of hysteresis current track PWM inverter. The reasonability and validity were testified by the coincidence of the simulation and experimentation results and theory analysis. This novel method is also suitable for verifying the reasonability of other control algorithms and offers a new thinking for designing and debugging actual motors. Key words: BLDC; modeling; simulation; hysteresis current; Matlab引言1无刷直流电机(Brushless DC Motor，以下简称BLDC)是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。
基于MatlabSimulink的无刷直流电机控制仿真研究
摘要：基于Matlab/Simulink，本文设计了一个无刷直流电机的控制方案，详细阐述了无刷直流电机的运行原理，并用Matlab/Simulink对其进行了仿真。
实验证明，用Matlab/Simulink开发的平台能够有效地实现对无刷直流电机的控制。
关键词：Matlab/Simulink仿真工具;无刷直流电机;仿真平台;脉冲宽度调制随着汽车电子器件的飞速发展、车用电控单元(ECU)的日新月异，无刷直流电机在汽车电器设备中的应用受到了越来越多的重视。
无刷直流电机具有寿命长、效率高等特点，且适合很多高档汽车。
同时，车内环境的复杂很多机械安装的困难，在不宜安装转子磁极位置传感器的地方，必须使用无位置传感器策略驱动无刷直流电机。
本文将介绍一种基于Matlab/Simulink的无刷直流电机的仿真方法。
无刷直流电机运行原理本文采用理想化的无刷直流电机模型，它具有如下特点：电机定子绕组排列空间对称;各相电气参数，如定子每相电阻、每相自感以及相间互感均相同;电机永磁体转子产生的磁场在电机气隙中的空间分布为理想梯形，且平顶部分维持120°电角度;逆变器的功率开关(MOSFET或者IGBT)的导通电阻为零，关断电阻无穷大，导通与关断均不需要时间。
图1说明了理想无刷直流电动机的运行原理。
从图1中可以看出，当永磁体转子处于图1(b)中的0位置时，定子C相和B相上感应出的反电动势分别处在正负平顶部分，此时通过触发功率开关S5和S6使得B相绕组反向导通，C相绕组正向导通，直流电源通过逆变器向B相和C相馈入直流电，且此时两相绕组中电流幅值相等、方向相反，ic=-ib。
当永磁体转子又继续旋转了60 缃嵌龋珻相的反电动势波形的平顶部分结束，A相反电动势开始进入平顶部分，因此要进行C相到A相的换相，此时关断逆变器C相上桥臂的功率开关，同时触发A相上桥臂功率开关，如果忽略换相电流的动态过程，逆变器立刻向B相和A 相馈入直流电。
matlab电机仿真精华50例
matlab电机仿真精华50例Matlab是一种功能强大的仿真软件，它被广泛应用于电机仿真领域。
在这篇文章中，我们将介绍Matlab电机仿真的50个精华例子，帮助读者更好地了解和应用电机仿真技术。
1. 直流电机的仿真：通过Matlab可以模拟直流电机的性能，包括转速、扭矩和电流等。
2. 交流电机的仿真：使用Matlab可以模拟交流电机的工作原理，包括转子和定子的相互作用。
3. 同步电机的仿真：通过Matlab可以模拟同步电机的运行特性，包括电压和频率的控制。
4. 步进电机的仿真：利用Matlab可以模拟步进电机的运行过程，包括步进角度和步进速度等。
5. 无刷直流电机的仿真：通过Matlab可以模拟无刷直流电机的工作原理，包括转子和定子的相互作用。
6. 电机控制系统的仿真：利用Matlab可以模拟电机控制系统的运行过程，包括速度和位置的闭环控制。
7. 电机噪声的仿真：通过Matlab可以模拟电机噪声的产生和传播过程，帮助优化电机的设计。
8. 电机故障诊断的仿真：利用Matlab可以模拟电机故障的发生和诊断过程，提供故障检测和排除的方法。
9. 电机热仿真：通过Matlab可以模拟电机的热传导和散热过程，帮助优化电机的散热设计。
10. 电机振动的仿真：利用Matlab可以模拟电机的振动特性，帮助优化电机的结构设计。
11. 电机效率的仿真：通过Matlab可以模拟电机的能量转换过程，评估电机的效率和能耗。
12. 电机启动过程的仿真：利用Matlab可以模拟电机的启动过程，包括起动电流和启动时间等。
13. 电机负载仿真：通过Matlab可以模拟电机在不同负载条件下的工作特性，帮助优化电机的设计。
14. 电机饱和仿真：利用Matlab可以模拟电机在饱和状态下的工作特性，提供更准确的仿真结果。
15. 电机电磁干扰的仿真：通过Matlab可以模拟电机产生的电磁干扰对其他设备的影响，提供干扰抑制的方法。
16. 电机电磁场的仿真：利用Matlab可以模拟电机内部的电磁场分布，帮助优化电机的设计。
基于Matlab的直流电动机机械曲线仿真
基于Matlab的直流电动机机械曲线仿真简介本文档旨在介绍如何使用Matlab进行直流电动机机械曲线仿真。
直流电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业和家庭设备中。
通过仿真直流电动机的机械曲线，我们可以更好地理解电动机的性能和特性。
准备工作在开始之前，确保您已经安装了Matlab软件，并且对该软件有基本的了解。
此外，您还需要获取直流电动机的相关参数，例如额定电压、额定电流、空载转速等。
仿真步骤以下是使用Matlab进行直流电动机机械曲线仿真的步骤：1. 定义电动机参数：根据您的直流电动机参数，使用Matlab 定义相关变量，例如额定电压、额定电流、电动机常数等。
2. 建立模型：使用Matlab建立直流电动机的机械模型。
这可以通过电动机的等效电路图来实现，包括电阻、电感、电动机常数等。
3. 设置仿真参数：定义仿真的时间范围和步长。
您可以根据需要选择适当的时间范围和步长。
4. 编写仿真代码：使用Matlab编写仿真代码，通过求解电动机的动态方程来模拟电动机的运行过程。
在每个时间步长内，更新电动机的状态变量，例如转速、电流等。
5. 运行仿真：运行仿真代码，观察直流电动机的机械曲线。
您可以绘制电动机的转速随时间的变化曲线，以及电流随时间的变化曲线。
6. 分析结果：根据仿真结果，分析直流电动机的性能和特性。
您可以观察到电动机的起动过程、稳定状态和负载变化时的响应等。
总结通过使用Matlab进行直流电动机机械曲线仿真，我们可以更好地了解电动机的性能和特性。
这对于设计和优化电动机系统非常重要。
请根据您的实际需求和直流电动机的参数，进行相应的仿真和分析工作。
无刷直流电机控制系统的Matlab仿真
ｃ ｎｒｌ ｃ ｅ ｏ ｔ ｈ ｍｅ （ｐ ｅ ｏ ｐ ｂ Ｉ ｄｕ ｔｒｃ ｎ ｔｕｅｃ ｒ ｎ ｏ ｐ ｔ ｈ ｌｃｒ ｙ ｔｒｓ ｅ ｕａｏ ｏ ｓｉｔ） ｂ ｉ ｉ ｏｓ ｓ ｅ ｄ ｌｏ ｙ ＰＤ ａ ｊｓｏ ｏ ｓｉ ｔ，ｕｒ ｔＩｏ ｏ ｔｅ ｅｅ ｔｃ ｈ ｓｅｅ ｉ ｒｇ ｌｔｒｃ ｎ ｔｕｅ ｔ ｅ ｉ ｓ ｔ ｕｌ ｎ ｄｇ
文献 ［ ］ １ 介绍 了 Ｂ Ｄ Ｌ ＣＭ 的 总 体 建模 思 路 ， 给 出 基 本 模块 并 的构 建形 式 ， 部 分 模 块 的 函数 表 现 形 式 ， 有 介 绍 如 何 具 体 实 但 没 现 。 献 ［ ］ 转 矩计 算 时 ， 文 ２在 未考 虑 阻尼 系数 的因 素 。 文献 ［ ］ 以 ３可
反 电势 ［。 ”
ＢＤ Ｌ ＣＭ 控 制 系 统 仿 真 模 型 ，包 括 速度 控 制 模块 、参 考 电 流 模
块 、 流 滞 环 控 制 模 块 、 压 逆 变 器 模 块 、 Ｌ ＣＭ 本 体 模 块 和 电 电 ＢＤ
为 了将 转 速 转换 为旋 转 一 周 的位 置 ，本 文 采 用 将 得 到 的 角
无 刷 直 流 电 机控 制 系 统 的 Ｍａｌｂ仿 真 ｔ ａ
无刷直流电机控制系统的 Ｍａｌ ｔ ｂ仿真 ａ
Ｓｉ ｌｔ ｎ ｆ Ｂ ｕ ｈｅ ｓ ＤＣ ｍｕａ ｉ ｏ ｒ ｓ ｌｓ ｏ Ｍｏ ｏ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｍａ ｌ ｂ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ａ
Ａｂ ｔａｃ ｓｒ ｔ
Ｔ ｏｕ ｈ ｂ ｕ ｈｌ ｓ ｈｒ ｇｈ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅｓ ＤＣ ｍｏ ｏ ｃ ｔｏ ｓ ｓｅ ，ｐｕ ｓ ｆ ｒ ｒ ｈ ｂａ ｋ ｅｍｆ ｏ ｔｏｌｍ ｅ ｈ ｔ ｒ ｏｎｒ ｌ ｙ ｔｍ ｔ ｏ ｗａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｃ ｎ ｒ ｔ ｏｄ． ａ ｉ， ｒ ｕ ｌ ｅａ ｓ ｇ— Ｔｈ ｔ ｓｔ ｏ ｇｈ ｉ ｈ ｎ ｒ ｅ
基于MATLAB的无刷直流电机控制系统建模与仿真
( 1 ) 定 子 绕 组 为 6 0 相 带 整 距 集 中绕 组
三 相六 状态
：
，
Y
形连接
，
(2 ) 忽 略 磁 路 饱 和 (3 ) 忽 略 齿 槽 效 应
，
不 计 涡流 和 磁滞损耗
；
，
不 考虑 电枢反 应
；
，
气 隙磁 场 分 布
为梯形 波
，
平顶 宽为 电角度
(4 ) 三 相 绕 组 完 全 对 称 2 1 三
图 ５所 示 。
Ｔ ｅ
图 ｌ
电压 方 程模 块
Ｂ
３ ． ２反 电动势模 块
由 图 ２的 反 电 动 势 波 形 ，结 合 Ｌ ｏ ｏ ｋ — ｕ ｐ Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ生 成 三 相绕 组 中的 反 电 动势 模 块 ，如 图 ３所 示 。
-
从而造成定
i
-
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．
因 此 将 B L D CM 三 相 方
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，
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方 程 适 用 于 气 隙磁
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场 为正 弦分 布 的 电动 机
量
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所 以 直 接 利用 电动 机 原 有 的相 变
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，
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万方数据
张会焱：无刷直流电动机启动过程的Ｍａｄａｂ仿真
式中．电磁转矩为
电磁功率为
乙＝告
乙＝乞之＋％‘＋ｅｃ‘
（８）
（９）
２运行状态分析
在本文中，无刷直流电动机电枢绕组与逆变器的联接形式采用三相导通三相星形六状态的方式。
如图２所示。
假设在任意时刻开关线路的上桥臂和下桥臂有一个或者两个晶体管导通，即三相绕组的通电顺序依次为Ａ＋Ｂ屯＋、Ａ＋Ｂ屯一、Ａ＋Ｂ＋ｃ一、Ａ—Ｂ＋ｃ一、Ａ’Ｂ屯＋、Ａ。
Ｂ屯・（１８０。
导通型）字母上标为加号代表电流流进绕组，字母上标为负号代表电流流出绕组。
当电流为Ａ＋Ｂ＿ｃ＋通电时，转子磁极位置如下图３中ａ所示，Ｆｓ为定子绕组合成磁动势，ＦＮ为转子永磁体磁动势，０为转子磁极位置角（Ｏ＝ｏ一训３）。
当永磁体位于起始位置时．Ａ、Ｃ两相电流流进绕组，而Ｂ相电流流出绕组。
此时电流流通
的路径为：电源正极一Ｖ。
管—呱相绕组一Ｂ相绕组—－Ｖ６管一电源负极；还有，电源正极一Ｖｓ管—屺相绕组一Ｂ相绕组—Ｖ。
管一电源负极。
ＦＳ和Ｒ相互作用，使转子
顺时针旋转。
当转子顺时针旋转训３到达终止位置时，开始进入电流为Ａ＋Ｂ屯‘通
电的状态，如图３中ｂ所示。
此时电流流通的路径为：电源正极一Ｖ，管一Ａ相绕
组一Ｂ相绕组一Ｖ６管一电源负极；还有，电源正极一ＶＩ管—Ａ相绕组川相绕
组一Ｖ：管一电源负极。
Ｆｓ和ＦＮ相互作用，使转子继续顺时针旋转。
如此六种状态循
环往复。
阁在电角度０的各个区间内Ｖ。
＿６管的导通顺序如表ｌ。
一个周期２霄内的运行状态图如图３所示。
Ｏ为转子磁极位置角（０＝０一们是
第一个状态）
Ｏ与六个边界值的差值作为他ｈｙ的输入信号，通过逻辑转换得到逆变器的输入信号Ｓ。
．６
图４脉冲序列产生模块
六个ｒｅｈｙ的输出分别是下表的ｌ、２、３、４、５、６，Ｓ－＾６的逻辑值如表２
表２脉冲信号逻辑真值表
图２无刷直流电动机的基本电路结构
表１三相电流在晶闸管中的流向
电劁晓Ｏ
棚捌３
ｉ钾
３纠３
１
Ａ
＾＾Ａ＾Ａ导习蕊守
ＢＢＢＢＢＢＣ
ＣＣＣ
Ｃ
Ｃ
Ⅵ导通
导通导丑％导粗
导通导遇Ⅵ导逼
导迥导逼Ⅵ导逼
导通导通、‘导遗导通
导通碥
导逼
导通
导遇
删ｃ田ｄ
明ｆ
图３一周期内磁势和电流方向的变化
由５逆变器等效电路
Ｏ
３
ＰＷＭ逆变器的通用数学模型
三相全桥逆变器有大功率晶体管（ＣＴＲ）、功率场效应管（ＭＯＳＦＥＴ）、绝缘栅双
极型晶体管（ＩＧＢＴ）等器件，这些器件一般由６个开关管组成。
在仿真过程中，可以用六个理想的开关Ｓ；（ｉ．１，２，３，４＇５，６）来代替，其等效的拓扑结构如图５所示。
由于同一桥臂的两个开关管不能同时导通，可设第ｉ个开关管导通时，Ｓｉ＿１；否则Ｓｉ＝Ｏ。
同时假设三相参数完全对称，ｏｋ产ｋ
Ｌ，Ｒ．：Ｒ妒ｋ＝Ｒ，则由逆变器输出端至直流电源中性点的电压为
Ｉｕ０＝ｓ计％／２｛【，ｋ＝ｓ６｝ｕｄ，２
Ｋ＝ｓｎ讥／２
（１０）
其中开关函数。
本拦目贲任编辑：唐一乐
－・－・－人工■奠夏识射陵术・－２７０７
万方数据
万方数据
张会焱：无刷直流电动机启动过程的Ｍａｄａｂ仿真
图１０定子三相电流、电磁转矩、转速仿真曲线图１１定子；相电流、电磁转矩、转速仿真曲线
参考文献：
【ｌ】罗飞，郗小田，文小玲，许玉格．电力拖动与运动控制系统【Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００７．
【２】张崇巍，李汉强．运动控制系统［Ｍ】．武汉：武汉理工大学出版社，２００２．
【３】李华德，白晶，李志民，等．交流调速控制系统【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００３．
【４】马信义，杨立群，林敏，龚少华．Ｍａｄａｂ６应用开发指南［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００２．
张会焱（１９７５一），男，湖北襄阳人，助教，研究方向：控制理论与控制工程，电机控制。
万方数据
本栏目责任编辑：唐一东－・－－－人工■蕾豆识尉技术・－２７０９
无刷直流电动机启动过程的Matlab仿真
作者：张会焱， ZHANG Hui-yan
作者单位：上海海事大学,上海,200135
刊名：
电脑知识与技术
英文刊名：COMPUTER KNOWLEDGE AND TECHNOLOGY
年，卷(期)：2009,5(10)
参考文献(4条)
1.罗飞;郗小田;文小玲;许玉格电力拖动与运动控制系统 2007
2.张崇巍;李汉强运动控制系统 2002
3.李华德;白晶;李志民交流调速控制系统 2003
4.马信义;杨立群;林敏;龚少华Matlab 6应用开发指南 2002
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4.杨乐梅.YANG Le-mei基于Matlab无刷直流电动机控制系统建模仿真的新方法[期刊论文]-青岛大学学报(工程技术版)2008,23(4)
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本文链接：/Periodical_dnzsyjs-itrzyksb200910072.aspx。