k为系数,Pos为位置信号,w为转速信号。
2.3速度控制模块
速度控制模块为单输入:参考转速与实际转速的差;单输出:三相参考电流的幅值Is.其中,KP为比例参数,KI为积分参数,Saturation饱和限幅模块将输出的三项参考电流的幅值限定在要求范围内,如图7所示。
2.4参考电流模块
参考电流模块的作用是根据电流幅值信号Is和位置信号给出三相参考电流,输出的三相参考电流直接输入电流滞环控制模块,用于与实际电流进行电流滞环控制。参考电流模块采用S-Function编程实现。
2.5电压逆变模块
电压逆变模块实现的是逆变器的功能,输入为位置信号和电流滞环控制模块给出逆变控制信号,输出为三相端电压。
该模块可根据位置信号判断电机所处的运行阶段,给出相应的三相端电压信号,该模块采用S-Function编程实现。
3.仿真结果
本文基于Matlab/Simulink建立了BLDCM控制系统的仿真模型,并对该模型进行了BLDCM双闭环控制系统的仿真,仿真中BLDCM参数设置为:定子相绕组电阻R=1Ω,定子相绕组自感L=0.02H,互感M=-0.0061H,转动惯量J=0.005kg.m2,额定转速n=2400r/min,极对数p=1,额定电压220V.为了验证所设计的BLDCM控制系统仿真模型的静、动态性能,系统空载起动,进入稳态后,在t=0.5s时突加负载TL=5Nm,在t=0.65s时撤去负载,可得到系统转速、转矩、三相相电流和三相反电动势仿真曲线如图8-11所示。
由仿真波形可以看出,在n=2400r/min的参考转速下,系统响应快速且平稳,相电流和反电动势波形较理想。图9、10表明:起动阶段系统保持转矩恒定,没有造成较大的转矩和相电流冲击,说明参考电流的限幅作用有效;空载稳速运行时,忽略系统的摩擦转矩,此时的电磁转矩均值为零;在t=0.5s时突加负载,转速发生突降,但又能迅速恢复到平衡状态,稳态运行时无静差。仿真结果表明了本文提出的这种无刷直流电机控制系统的设计方案具备有效性及控制系统的合理性。
4.结论
本文在分析BLDCM数学模型的基础上,在Matlab/Simulink仿真环境下,结合独立的功能模块与S-Function模块,提出了无刷直流电机控制系统的设计方案。仿真结果表明:波形符合理论分析,系统具有较好的动、静态特性,能够平稳运行,实用性强。