【实例简介】

Simulink的BLDC建模与仿真。

基于 MATLAB/ Simulink的BLDC建模与仿真分析

Modeling and Simulation Analysis of BLDC Based on MATLAB/Simulink

曳动工具2017(4)

搭建,同时考虑实际电机参数,配合υ mergui流工作的扇区。结合目标线电流I拟合出各三

可较真实地模拟电机和逆变器的工作运行情况。相相电流Iabc。将电机实际工作labc与拟合

控制系统中 Speed controller为转速闭环Iabc比较,产生逆变器功率开关驱动信号,实

控制器,采用PI控制算法。该控制器内部的结现实际工作电流实时跟踪给定电流值。

构见图3

加/减連

积分

曲线

上下限

转矩输出1+

电流调

节器

叫开关控制脉冲

一阶低通

滤波器

abe

Lab

图3 Speed contro控制器内部控制

N∵为输入目标转速命令,N为电机实测的

图4 Current conltrol控制器内部控制

反馈转速。N经过设定的加减速度曲线达到目

整个控制系统中,速度环为外环,电流环

标转速,仿真中设定加速1000rpm/s,减速

为内环,最终通过对电机电流的控制,实现对

1000rpm/s。实测的电机转速N需要经一BIDC的速度控制。

阶低通滤波处理后,与目标转速比较。比较误32控制系统仿真分析

差经过PI调节器输出目标转矩Te',完成转速

在变负载条件下进行调速仿真,以测试

闭环搭建,速度环的输出Te'输入至电流控制BLDC的动态特性。设定仿真时间2s,电机速

器。

度0s-1s加速到500r/min,1s-2s转

电流控制器( Current Control)控制见图4。速降为0r/min。同时负载转矩T也发生变化,

Te'经过T/Ⅰ模坎,计算出目标线电流I。0s~0.5s,Tl为0;0.5s-1.5s内Tl为

T/I模块利用上述的电机模型转矩和电流关系11N·m,1.5s-2s内T为-11N·m。

来实现。Hall通过传感器采集电机转了位置

仿真所得定子A相电流波形如图5所小。

信号,通过对位置信号的处理,可得到三相电

Stator current i_ a(A)

10

IAINUIAII

a agduuungriguininiu ww

5

-10

0.2

0.4

06

0.8

1.2

1.4

16

1.8

图5电机定子A相电流

由图5可见,0s-0.5s电流变化的频率

1s~1.5s,电流变化频率变小,电机

变大,电机处于加速运行状态。该段时间内,处于减速运行状态。该段时间,电流峰值维持

电机空载运行,电流峰值为7A,电机加速过2.5A,电机带载减速。

程是匀加速。

1.5s~2s,电流值保持8.5A。此时电

0.5s~1s,电流变化频率恒定,电机稳流不变化,电机转速为0r/min,且输出恒定

速运行。该段时间,电流峰值维持8.5A,电静态转矩。

机带载稳速运行。

电机输入转速变化由线如图6所示。

10.16629cnk1674-2796.2017.04.001

基于 MATLAB/ Simulink的BLDC建模与仿真分析

电动工买2017(4)

Modeling and Simulation Analysis of BLDC Based on MATlAB/Simulink

Speed ref(rpm)

400

300

200

100

02

04

06

08

12

14

16

18

图6电杪设定目标转速

由图6可见,0s~0.5s,电机目标转速设定的曲线匀减速,1.5s转速减至0。1.5s

按设定的加速度进行匀加速,0.5s转速达到

2s,电机目标转速恒定为0。

500r/min。0.5s~1s,电机目标转速恒定

电机实测转速曲线如图7所示。

为500r/min。1s~1.5s,电机目标转速按

Rotor speed(rpm)

38

400

300

200

100

0

02

0,4

0.6

0.8

2

1.4

图7电机转速

由图7可见,0s~0.5s电机转速达到超调(1%以内),1.5s转速波动在1%以内。

500r/min,0.5s~1s电机维持500r/min仿真波形显示,电机输出转速较好地跟随了设

不变,1s~1.5s电机转速降为0,1.5s

定的目标转速。

2s电机转速维持0r/min。

电机转速闭环输出的参考转矩曲线如图8

对比图6和图7可知,0.5s电机转速略有所示

Te ref(n*m)

10

-10

0

0.2

0.4

0.8

08

1.4

16

18

图8电机计算目标转矩

由图8可见, Te ref为系统速度环输出值

载下减速到0,计算出参考转矩为2N·m。1.5s

0s-0.5s,电机以10N·m的参考转矩加速。

2s,电机在-11N·m负载下转速保持0r/

0.5s~1s,电机在11N·m负载下保持转速

min。

500r/min。1s-1.5s,电机在11N·m负

电机实测输出转矩曲线如图9所示。

(下转第9页)

4

1016629/cnk16742796201704001

铁耗测量的准确度研究

The Study of the Iron Loss Measurement

电动工买20174)

算方法忽略了定子铁芯的感抗,随着电机测试电机制造企业对高效及超高效电机的设计提供

技术的不断发展,如能在试验中测得或计算出基本的保证。

定子铁芯感抗,再对上述计算方法略加修正,

负载试验的铁耗可更加精确。

参考文献

4结语

王传军,金惟伟,陈亘,等.高效和超高效电机低不确

IEC60034-30:2008标准的实施对我国的

定度效率测试系统的研究与设计J.电机控制与应

用,2010,37(4):1-5

电机企业E是一个挑战也是一个机遇。为适应2]顾德军.不同测试方法对电动机效率的影响U]电机控

标准,我国大部分电机企业都在研究和开发高

制与应用.2010.37{5):52-54

效电机,以满足国内市场和对外出口的需求

3]国际电工委员会单速三相鼠笔式感应电动机的有效

等级代码儿S]北京:中国标准出版社,2008

相配套的电机试验方法也在不断地发展和完善。

4 Rotating electricalmachines-Part 2-1: Standard

我国已经提出高效电机必须采用IEEE112B

methods for determining losses and

法,对于负载铁耗的修正在GB/T1032-2010

efficiencyfrom tests (excluding machines for

中已经提及,电机效率的准确测试将为我国的

traction vehicles): IE C60034-2-1-2007 [S

(上接第4页)

Electromagnetic Torque(N"'m)

10

5

0

5

10

0.2

04

06

0.8

1.2

14

16

18

图9电机输出转矩

对比图8和图9可知,电机目标转矩与实参考文献

测转矩曲线波形变化一致,证明电机实际输出m]c.T.Iu,B.M.Iin,andJ.S.Pam. Design

转矩较好地跟踪了速度环输出的转矩。同时,

and development of a zero-emission Scooter

发现电机实际输出的转矩存在转矩波动。

for Taiwan[J]. Journal of Power Source, 1996

59(5):187-187

综上,在速度变化结点和负载转矩变化结2]J.W. Dixon and I.A.Lea. Current control

点,速度环的动态响应较灵敏。证明采用转速

strategy for brushless dc motors based on a

/电流閉环控制,电机的转速特性好。同时,

common dc signal[j]. IEEE Trans on Power

Electronics,2002,17(2):232240

仿真模型参数(PI值等)选取合理。

[3]郁亚南,黄守道,成本权,等.绕组类型与极槽配合对

结语

永磁同步电动机性能的影响[].微特电机,2010(2)

21-23

本文在介绍BLDC模型的基础上,搭建了

[4 Thomas M Jahns Motions control with

其 MATLAB的速度闭环模型和电流闭环模型,

permanentmagnet AC machines[J]. Proceeding of

仿真BLDC速度闭环控制方法在变负载情况下

the ieee,1994,82(8):1241-1252

的调速性能。结果表明,利用转速/电流双闭

[S]洪南生,刘元江.永磁无刷直流电机转矩波动分析与降

低方法研究[J,福建电力与电工,1997(9)

环控制,电机实现良好的静态/动态响应。

10.16629/cnki.1674-2796201704002

【实例截图】

【核心代码】