无刷直流电机控制研究+Matlab仿真模型(12)
法应用简单，但需要进行大量三角函数值的计算，对仿真速度影响较大。(3)分段线性法，如图6所示，将一个运行周期0-360°分为6个阶段，每60°为一个换向阶段，每一相的每一个运行阶段都可用一段直线进行表示，根据某一时刻的转子位置和转速信号，确定该时刻各相所处的运行状态，通过直线方程即可求得反电动势波形。分段线性法简单易行，且精度较高，能够较好的满足建模仿真的设计要求。因而，本文采用分段线性法建立梯形波反电动势波形。理想情况下，二相导通星形三相吹冰状态的BLDC定子三相反电动势的波形如图4-3所示。根据转子位置将运行周期分为6个阶段：0～π/3，π/3～2π/3，2π/3～π，π～4π/3，4π/3～5π/3，5π/3～2π。以第一阶段0～π/3为例，A相反电动势处于正向最大值Em，B相反电动势处于负向最大值-Em，C相反电动势处于换向阶段，由正的最大值Em沿斜线规律变化到负的最大值-Em。根据转子位置和转速信号，就可以求出各相反电动势变化轨迹的直线方程；其它5个阶段，也是如此。据此规律，可以推得转子位置和反电动势之间的线性关系，如表4-1所示，从而采用分段线性法，解决了在BLDC本体模块中梯形波反，电动势的求取问题。
图4-1 无刷直流电机仿真
图4-2 无刷直流电机仿真模型及其封装
图4-3定子三相反电动势的波形 表4-1 转子位置、转速与反电动势的关系
4.2 电流滞环比较模块
在本仿真模型中，采用置换电流跟踪的方法来使得实际电流跟随给定电流变化。滞环电流型逆变器的PWM产生原理如图4-3所示。其原理为：当反馈电流值与给定电流值的瞬时值之差达到滞环宽度的负边缘时，逆变单元的开关管VT1导通，开关管VT4关断，直流电机接到直流母线的正端，电流开始上升；反之，当反馈电流值与给定电流值的瞬时值之差达到滞环宽度的正边缘时，逆变单元的开关管VT1关断，开关管VT4导通，直流电机接到直流母线的负端，电流开始下降。选择合适的滞环带宽，可以实现实际电流跟踪给定电流波形，实现电流闭环控制。电流滞环跟踪控制的仿真模型如图4-4所示，输入为三相实际反馈电流和三相参考电流，输出为PWM控制信号。
（a）滞环电流跟踪型PWM逆变原理图
（b）滞环电流跟踪型PWM逆变器输出电流电压波形
图4-3滞环电流跟踪型PWM逆变器工作原理
图4-4滞环电流跟踪控制仿真模型及其封装图
4.3 速度控制模块
速度闭环控制的调节器采用PID控制器，以获得最佳的动静态性能。模块比较简单，模块输入为速度的设定值与反馈值的差值，输出为三相参考电流的幅值，其中Kp为PID控制器的比例系数，Ki为控制器的积分系数，Kd为控制器的积分系数Saturation饱和限幅模块将输出的三相相电流的参考幅值限定在要求范围内。PID控制器的仿真模型如图4-5所示。速度控制器的仿真模型如图4-6所示。
图4-5 PID控制器仿真模型
图4-6 速度控制器仿真模型
4.4参考电流模块
参考电流模块是根据位置信号和参考电流幅值计算出三相参考电流，输出的三相参考电流直接输入电流滞环跟踪模块，用于与三相实际电流进行滞环比较，产生PWM控制信号。转子位置和三相参考电流之间的对应关系如表4.2所示，参考电流计算这一模块可用S函数编程实现。
表4.2 三相参考电流与转子位置之间的对应关系
4.5转矩计算模块
根据直流无刷电机数学模型中的电磁转矩方程（2-4）可建立如图4-5所示的转矩计算模型，模型输入为三相相电流与对应的三相反电动势，通过加法器、乘法器即可求得电机的电磁转矩信号Te。