无刷直流电机PID控制SIMULINK仿真问题解救
无刷直流电机的神经网络PID控制及其仿真
ＰＤ控 制 是 最 早 发 展 起 来 的 控 制 策 略 之 一 、 Ｉ 由
于它具有算 法 简单 、 鲁棒性好 、 可靠性 高 等优点 被广 泛用 于工业过 程 控 制 ； 它尤 其适 用 于可 建 立精确 数
学 模 型 的 确 定 性 控 制 系 统 ， 以 一 般 需 要 预 先 知 道 所
关键词 ：［ ＰＤ控制 ； 经卿缉 ； 神 无刷直赢电机 ∞真
中 图分 类 号 ： Ｍ ０ Ｔ ３１ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ
摘
要 ： 简单 介 绍 神 经 网 络 ＰＤ的 基 础 之上 ． ＭＡ Ｌ Ｂ对 无 刷 百 流 电机 艘 了 神 经 网 缉 ＰＤ控 制 的仿 真 ， 果 使一些控制带统的参 数达到了有效 、 Ｉ 鲁捧和最 优化
Ｔｈｅ ｎｅ ｒ ｌｎ ｔ ｒ Ｉ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ａ ｄ ｕ ａ ｅ ｗｏ ｋ Ｐ Ｄ ｏ ｔ ｏ ｌ ｎ ｅ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｔ ｒ ｓ ｌ ｓ Ｃ ｏ ｏ ｉ ｌ ｔｏ ｏ ｂ ｕ ｈ ｅ ｓ Ｄ ｍ ｔｔ
输
一
ｃ 为三 相绕组 感 生电动势 ； 为无刷 直 流电机极 对 Ｐ 数 ： 为无 剧 直流 电机 角速 度 ． ，
辅
出 层
Ｉ
２ 神 经 网络 ＰＤ Ｉ
２ １ 传统 ＰＤ控 制 ． Ｉ
众所周 知 ， 按偏 差 的 比例 、 分和微 分线性 组合 积
进 行 控 制 的 方 式 就 是 ＰＤ 控 制 ． 规 ＰＤ 控 制 系 统 Ｉ 常 Ｉ 原 理 框 图 如 图 １ 示 ． 据 不 同被 控 对 象 适 当 地 整 所 根
Ｍ ｒ ｈ． ０ ２ ｃ ２０
Ｖ ｉｌ． Ｎｏ １
文 章 编 号 ：０ ４ ７ ２ ２０ ） １ ０ ５ １０ —９ ６ （ ０ ２ ０ — ０ ５—０ ４
电动车无刷直流电机simulink建模仿真
术 等先进 技术的发展 以及微 电机制造水平 的提高 ，无 高次谐波 ，且其 电感为非线性 ，因此， 可以商接运用
刷 直流 电机 获得 了广泛 的应用并 占据 了主导地位【１．２】。 电机原有 的相变量 建立无 】 ｉ６０直流 电机 的数学模 型ｌ３】。
因此建立无刷直流 电机 的仿真模 型可有 效减 少系统设 文中 以二二导通方式 （即两相导通三相星形六状态 ）
定子绕组 的 自感 ；Ｍ 为定子绕 组的互感 ；Ｐ为微分算 子 ｐ＝ｄ／ｄｔ。
ｉＬｌ＋ｉＬ２＋ｉＬ３＝０，因此有 Ｍ＊ｉＬ１＋Ｍ＊ｉＬ２＋Ｍ＊ｉＬ３＝０，所 以式
［蓦 ］＝［ｉ；；］［篓］＋［Ｌ 昙 ￡ ｐ隆］＋ｅ（２）
＝ （ ｌ １＋ ２屯２＋ ３‘３）／ （３）
图 ２ 仿真模型框 图
的仿真模型进行 改进，并利用实验室的一台大秦无刷
２）定子气 隙磁场是方波 、三 相绕组 完全对称 ，定
永磁 电机搭 建 了实验 平 台，控制系统 采用 ＴＭＳ３２０Ｆ 子 电流 、转子磁场分布 都是对称 的且 Ｙ 形连接 ：
２８ １２作为主控芯片，实验研究表明其 具有 良好 的动静
３）忽略电枢 反应及换相过程 的影响：
计 算 机 系 统 应 用
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ－Ｓ－源自．ｏｒｇ．ｃａ ２０１２年 第 ２１卷 第 ３期
电动车无刷直流 电机 ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模仿
赵 国材 ，孙广涛 ，王仕镪
（辽宁工程技术大学 电气 与控制工程学 院，葫芦 岛 １２５１０５） 摘 要 ：在分析 电动车 电机 的数学模 型基础 上，应用一种新的 电动车 电机建模方法 ，并利用 电压方程 、运 动方 程和电磁转矩 方程 ，搭建 了电动车 电机实验平台 。其中控制部分利用速度环采用 ＰＩＤ 控制 ，电流环采用滞环 电 流跟踪型 ＰＷＭ。仿真 与实验研究表 明，系统具有 良好 的动静态性能 ，表 明了该方法的可行性 ，为电动车 电机控 制系统的设计和调速 提供 了重要依据 。 关键词 ：电动车 ；无刷直流 电机；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真 ；电流滞环
PID仿真实验报告
PID仿真实验报告PID控制算法是一种重要的控制算法，被广泛应用于工业控制系统中。
本文通过仿真实验的方式，对PID控制算法进行了验证和分析。
一、实验目的1.了解PID控制算法的基本原理和调节方法；2. 掌握MATLAB/Simulink软件的使用，进行PID控制实验仿真；3.验证PID控制算法的稳定性和性能。
二、实验内容本次实验选择一个常见的控制系统模型，以电感驱动的直流电机控制系统为例。
通过PID控制算法对该系统进行控制，观察系统的响应特性。
三、实验步骤1.搭建电感驱动的直流电机控制系统模型，包括电感、直流电机、PID控制器等组成部分；2.设置PID控制器的参数，包括比例增益Kp、积分时间Ti、微分时间Td等；3.进行仿真实验，输入适当的控制信号，观察系统的响应曲线；4.调节PID控制器的参数，尝试不同的调节方法，观察响应曲线的变化，寻找合适的参数。
四、实验结果与分析1.首先，设置PID控制器的参数为Kp=1，Ti=1，Td=0，进行仿真实验。
观察到系统的响应曲线，并记录与分析曲线的特点；2.其次，调整PID控制器的参数，如增大比例增益Kp，观察系统的响应曲线的变化；3.最后，调整积分时间Ti和微分时间Td，观察系统的响应曲线的变化。
通过实验结果与分析，可以得到以下结论：1.PID控制算法能够有效地控制系统，并实现稳定的控制；2.比例增益Kp对系统的超调量有较大的影响，增大Kp可以减小超调量，但也会增加系统的稳定时间；3.积分时间Ti对系统的稳态误差有较大的影响，增大Ti可以减小稳态误差，但也会增加系统的超调量；4.微分时间Td对系统的响应速度有较大的影响，增大Td可以增加系统的响应速度，但可能会引起系统的振荡。
五、实验总结通过本次实验，我深入理解了PID控制算法的原理和调节方法。
同时，通过对实验结果的分析，我也了解了PID控制算法的稳定性和性能。
在实际工程应用中，需要根据具体的控制对象，合理选择PID控制器的参数，并进行调节优化，以获得理想的控制效果。
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。
无刷直流电机模糊PI控制系统建模与仿真
无刷直流电机模糊PI控制系统建模与仿真摘要：从无刷直流电机（bldcm）的工作原理和结构出发，在分析了bldcm数学模型的基础上，采用模块化方法，在matlab/simulink 中建立了bldcm 转速、电流双闭环控制系统模型。
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控制系统仿真模型合理、有效。
该模型简单、直观、参数易于修改和替换，可方便地用于其他控制算法仿真研究。
关键词：无刷直流电机；matlab/simulink；双闭环控制系统模型；仿真模型随着新型永磁材料、自动控制技术、电力电子技术以及电子技术的迅速发展，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。
无刷直流电机采用电子换相器替代直流电机的机械换向器，实现直流到交流的逆变，采用位置传感器控制绕组电流的切换，既保持了直流电机的良好调速特性，又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便的特点。
bldcm以体积小、速度高、可靠性好等优点广泛地应用于航空航天、机器人、电动汽车、仪器仪表、家用电器以及数控装置等领域［1］。
近年来，无刷直流电机的应用领域不断扩大，其控制系统的要求也随之越来越高。
无刷直流电机控制系统设计的过程中，为了缩短设计周期、降低研究成本和风险，通常先采用计算机仿真技术，建立无刷直流电机控制系统的仿真模型，分析电机转速、转矩等参数变化情况，研究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数据，施加不同的控制算法以寻求最佳参数，有效地节省控制系统设计时间，加快了实际系统设计和调试的进程［2］。
1无刷直流电机的数学模型由于无刷直流电机的气隙磁场、反电动势以及电流是非正弦的，因此，采用直、交轴坐标变换已不是有效的分析方法。
而在分析和仿真bldcm控制系统时，直接利用电机原有的相变量来建立数学模型却比较方便，又能获得较准确的结果。
实验1Simulink软件使用及PID控制仿真实验
实验1实验名称： Simulink 软件使用及PID 控制仿真实验一、实验目的：1、熟悉MATLAB 的仿真及应用环境。
2、在MATLAB 的环境下用Simulink 对PID 控制策略进行仿真实验。
二、实验内容（含实验中所使用的设备及实验实施步骤）： 实验软件：MA TLAB 6.5以上1. 学习应用Simulink 组件构建一仿真实验系统，以实现对所给定控制对象的PID 控制计算机仿真实验；2. 对象传递函数设定为g(u)=16/(168.02++s s )；3. 实验中，其系统的给定输入信号可设置阶跃和方波二种信号进行仿真实验；4. 实验中，请人为地设置5组不同PID 控制器参数进行对比实验以获得不同的结果；请以图形形式输出PID 控制器仿真结果，并对结果进行分析。
三、程序设计说明：(算法设计思路、流程图和源程序)：1.打开 MATLAB ，调出Simulink2.在弹出的窗口Simulink Libray Brower 中输入 PID 回车，找到PID Controller ，然后调入 nutitled 进行设计。
3.在 Continuous 下选择调入 nutitled 进行设计。
首先是参数设置：4.在 Signal Routing 中找到，调入 nutitled 。
5.在Sinks 中找到，用于显示波形，调入 nutitled。
6.在Commonly Used Blocks 中找到，对他进行设置,得到：7.在Sources 中找到，调入 nutitled。
8.进行连线，得到如下实现图：四、实验结果与结论：（经调试正确的源程序和程序的运行结果（或图表）分析）：由以上的连线图可以通过调节各参数得到所需要的结果:当输入为阶跃响应时第一：没有调节参数时，得到以下结果：第二：调节参数如下：KP=100，KI=1，KD=0 第三：调节参数如下：KP=100，KI=7，KD=1 第四：调节参数如下：KP=50，KI=50，KD=2 第五：调节参数如下：KP=50，KI=50，KD=1。
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。
基于SIMULINK的无刷直流电机模糊PID控制策略研究
基于SIMULINK的无刷直流电机模糊PID控制策略研究邓志良;易兴邦【摘要】Based on analyzing the mathematical model of square-wave brushless DC motor,aiming at the typical operating mode of the 2-phase turn-on 3-phase 6-state with wye-connected,the paper proposes a fuzzy PID control strategy.A fuzzy PID control strategy simulation model is established on Matlab/Simulink platform and then fuzzy PID of brushless DC motor model is also simulated by changing parameters.The control results are compared with that of fuzzy PID and conventional PID control.The results of simulation indicate that the system has the advantages of strong robustness,fast response time and high steady-state accuracy.%在分析方波型永磁无刷直流电动机（BLDCM）数学模型的基础上,针对典型的两相导通星型三相六状态工作方式的无刷直流电动机,提出了一种模糊PID控制方法,在Matlab/Simulink平台上建立了无刷直流电机模糊PID控制策略的仿真模型,改变参数后,对其也进行了仿真,并且将模糊PID控制和传统PID控制的控制效果进行了比较。
无刷直流电机模糊PID智能控制的建模方法及仿真
本无刷直流电机的调速系统采用双闭环调节 。 内环 (电流环) 采用三角波比较控制 方式的滞环调 节 ,滞环控制器工作原理简单 ,响应速度快 ,能对电 压波动起到及时抗扰作用。外环 (速度环) 采用模糊 PID 调节 ,对负载变化起抗扰作用 ,PID 控制器一旦 饱和 ,起着饱和非线性的作用 ,其输出幅限值决定于 被允许的最大电流 。系统的仿真模型在 Matlab7. 0/ Simulink[4]上构建 ,利用 Simulink 建立仿真模型如图 1 所示。
1 . 1 无刷直流电机的数学模型
无刷直流电机的工作离不开电子开关电路 ,因 此电动机本体 、控制电路和电子开关电路三部分组 成了无刷直流电机控 制系统[2 ,3] 。为了 便于分析 , 先作如下假设 :
1) 三相绕组完全对称 ; 2) 忽略齿槽 、换相过程和电枢反应等影响 ;
3) 不计涡流和磁滞损耗 ;
无刷直流电机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。它 实际上是一个由电动机本体 、功率管主回路及转子 位置传感器等部分组成的闭环系统 。无刷直流电机 采用电子换相器替代直流电机的机械换相器 ,实现 直流到交流的逆变 ,采用位置传感器控制绕组电流 的切换 ,既有直流电机的良好调速特性 ,又有交流电 机结构简单 、运行可靠 、维护方便的特点 ,再加上其 体积小 、速度高 、可靠性好等优点 ,目前 ,无刷直流电 机得到了广泛的应用 。随着无刷直流电机在工业应 用领域的推广 ,比如伺服系统和调速驱动系统中 ,对 系统的动静态性能和控制精度要求越来越高[1] 。
ua
0 r 0 ib + eb + ub
( 4)
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无刷直流电机的变速积分PID控制仿真
• 107•无刷直流电机不采用机械换向装置，具备有非常强大的转矩控制能力，拥有很高的精度。
无刷直流电机以其调速方便，调速范围宽，低速性能好，运行平稳，噪音低，效率高等优点正在得到越来越广泛的应用。
无刷直流电机的控制越来越受到关注，PID 控制以其结构简单、调节方便等特点受到青睐。
对传统PID 控制方法进行改进并利用计算机进行仿真得出电机控制结果。
直流无刷电机有很多优势特点，比如低速扭矩、速度精度高、运行效率高等等。
直流无刷电机是以自动控制的形式运行的，因此变频调速负载启动时，不会另外增加启动绕组，若是负载发生突变，也不会有振荡、失步的情况。
直流无刷电机的功率因数接近于1，系统效率极高。
直流无刷电机是一种变速变频器，转子无铜耗铁耗。
无刷电机在追求提高效率与降低消耗的工业领域应用广泛，无刷电机的控制一直是备受关注的课题。
1 PID控制与开环控制相比，闭环调速系统的机械特性得到了显著地改善和调整。
如果说理想空载转速是一样的，那么闭环系统所具有的静差率（也就是额定负载下电气速度降与理想空载转速之比）远小于开环系统。
静差率的要求相同时，闭环系统的转速范围也会有显著实际设计效果是具有非常重要且直接的影响的。
为了在matlab 中实现PID 控制，需要测得电机实际转速（图2）。
如果使用的霍尔传感器信号去测转速，在测量过程当中，采样周期就会有改变。
低速状态测量电机转速时，采样周期较长，进而会给PID 调节器实际输出带来一定的影响。
从而也会使得电机低速状态下，动态特性非常差。
可以使用的解决方法就是在三相霍尔传感器发出信号后。
把它们相“与”，就可获得一个倍频无刷直流电机的变速积分PID控制仿真北京理工大学 甄尚陶图3 无刷直流电机模块的增大。
电机闭环速度控制方案如图1所示。
闭环速度调节器便是采用的比例积分微分控制（简称PID 控制）。
PID 控制器有着很多优势特点，比如结构简单、参数调节容易等等。
PID 控制器具有如此多优点，小到某个电子元件的温度调节，大到起重设备的起升高度，在实际场合中的应用非常广泛。
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小弟正在研究无刷直流电机的PID控制，并在SIMULINK进行仿真。由于出学，有很多不懂的地方。但现在在仿真调试时，发现以下问题，希望各位大神能帮忙指导，谢谢！
此时我将电机的三相电流波形以及转速波形贴出如下
转速波形贴出如下：
我设置的最终转速为2000。
但是我此刻若将转矩设为0，我设置的最终转速还是2000，转速波形不能稳定，一直往上升。如下图所示
电流波形如下图所示：应该是正常的
但是为何速度不能稳定在2000
此时，我假使设定电机带负载启动，启动转矩T=0.1，在0.5S突加负载0.15，设置如下图所示
问题1：为何我的电机不能空载启动，空载启动电机转速就不能稳定了？
问题2：假如我的电机在带负载启动，负载转矩为0.1,当我在0.5S突加负载时，电机转速为何不能稳定在2000？
求解成分感谢，我的QQ 1790485810，谢谢！
我现在设置电机的启始转速，如下图所示，
设置电机带负载启动，T为0.1，设置如下图所示
设置的转速最终稳定 在2000，但当我在0.5S加0.15的转矩时，发生了变化，如下图所示
电机转速下降了，而且不能稳定在2000。电机电流波形如下
。
电机总体仿真图如下所示：
现在将各部分参数列出如下：
DC电源：+12V；
电机参数：
从左边开始，第一个PI模块参数：
第个PI模块参数：