1、BLDC調速系統的建模與仿真調速系統的建模與仿真姓名姓名： 李業童 學號學號：1141201070 指導老師指導老師：劉白楊緒論緒論 PID全稱為：比例、積分、微分控制。由以上三個控制環節組成的控制器的簡稱PID 控制器算法簡單，魯棒性強，穩態無靜差。但是隨著現代科技的進步以及工業生產的復雜化，對于那些復雜的生產系統很難建立精確的數學模型，但是PID控制往往需要精確的數學模型，因此PID控制已經不能夠滿足當今所需的生產要求。模糊控制技術是以模糊數學知識作為其理論基礎，并結合計算機與經典控制理論等技術基礎而形成的一種先進智能控制方法。模糊控制技術現在應用最廣的智能控制方法之一，具有與人工智能極其

2、類似的特點，但是模糊控制不具有PID那樣的精確度。因此將模糊控制和PID控制結合在一起形成模糊PI控制，能夠有效地提供精確、魯棒性強、適應性較強的控制且不需要依賴精確的數學模型 一. 課題來源 二. 國內外研究現狀 三. 本次畢業設計的主要工作和內容 四. 仿真模型的搭建 五 . 仿真結果與分析 六 . 結論本次畢業設計所做的工作本次畢業設計所做的工作一一.課題來源課題來源 直流電機具有良好的機械特性、較大的啟動轉矩、以及調速范圍非常寬、易于實現平滑調速等優點。但是由于機械換向存在較大的機械摩擦以及火花，且直流電機運行時產生的噪聲交大，針對直流電機換向存在的一些列問題。20 世紀 60 年代，

3、以電子換向取代電刷換向的直流電機無刷直流電機（BLDC）終于誕生了。隨后無刷直流電機逐漸地應用于生產各個領域如航天航空，電動汽車等行業。同時，隨著無刷直流電機使用的，面臨的系統越來越復雜，如何能夠使無刷直流電機適應各個復雜的生產系統，對于無刷直流電機的控制具有重要的研究意義。二二. 國內外研究現狀國內外研究現狀 20世紀 90 年代以來，永磁無刷直流電機逐步取代了直流伺服電機在精確數控設備中的地位，尤其是工業機器人的驅動中。未來數年中，工業過程中的機器人使用會越來越廣泛，機器人需求增長的速度十分驚人，而這些機器人都離不開無刷直流電機。同時，對于無刷直流電機的控制，國內研究技術仍然不成熟，大多依

4、賴國外的控制經驗。如日本的電車采用了無刷直流電機作為驅動電機，取得了很好的效果。綜觀國內外無刷直流電機技術研究動向，可以總結為以下幾點： (1) 產品性能趨于專用化、品種趨于多樣化 (2) 通過結構和工藝創新，生產趨于自動化、規?；?，進一步降低成本(3) 無位置傳感器技術正逐步完善 (4) 智能控制技術逐步應用于無刷直流電機技術中三 本次畢業設計主要的工作和內容 本次畢業設計的主要工作：1. 通過查找資料了解無刷直流電機的結構和工作原理以及調速方法2. 了解經典PI控制和模糊PI控制的原理和方法3. 進行仿真模塊的搭建包含：控制模塊、電機本體模塊、數據采集模塊4 進行仿真，并認真對仿真結果進行

5、分析5 得出結論本次畢業設計主要內容：利matlab軟件里面的simulink模塊，建立控制模塊，電機本體模塊，以及數據采集模塊。并通過經典PI和模糊PI對電機進行控制，同時在t=0.1秒時加入3N.M的負載轉矩。通過對電機轉子電流、電壓、電磁轉矩和轉速的采集，并觀察。比較出模糊PI控制與經典PI控制的優缺點。無刷直流電機的結構和工作原理無刷直流電機的結構和工作原理 t無刷直流電機組成部分：電機本體、位置傳感器、電子開關線路； t電機本體在結構上與永磁同步電動機相似；t電子開關線路由功率邏輯開關單元和位置傳感器信號處理單元兩部分組成；t電子開關線路導通次序是與轉子轉角同步的，起機械換向器的換向

6、作用。圖1 無刷直流電機結構圖四四. 仿真模型的搭建仿真模型的搭建無刷直流電機工作原理無刷直流電機工作原理 無刷直流電機由直流電源供電，然后通過逆變器輸出電壓使電機正常運行，然后通過位置傳感器檢測，并將檢測信息傳輸到電子換向器上，通過邏輯換向傳輸給逆變器，同時通過檢測無刷直流電機的轉速，并實時地反饋給控制模塊，通過與給定值的求差，得到偏差然后通過控制器得出控制量作用于直流受控源，調節其輸出值，然后通過逆變器控制無刷直流電機的轉速，從而實現無刷直流電機的調速控制。圖2 無刷直流電機的工作原理圖無刷直流電機電機本體模塊無刷直流電機電機本體模塊 TL：電動機負載轉矩信號輸入端；：電動機負載轉矩信號輸

7、入端；F+和和F-：直流電動機勵磁電路控：直流電動機勵磁電路控制端子，分別連接勵磁電源的正制端子，分別連接勵磁電源的正負電極；負電極；A+和和A-：電動機電樞回路控制端；：電動機電樞回路控制端；m為電機；電動機信號的測試端為電機；電動機信號的測試端包括：轉速（包括：轉速（n），電流（），電流（A），），電磁轉矩（電磁轉矩（Te)等；等；圖3 無刷直流電機模塊經典經典PI控制模塊控制模塊 圖中圖中3000為額定轉速；為額定轉速；其中作差里器的其中作差里器的-號為反饋速號為反饋速度；度；圖中圖中PI模塊為模塊為PI控制器，包含控制器，包含比例和積比例和積分模塊。用于輸入調節量，分模塊。用于輸入調節

8、量，輸出控制量輸出控制量圖中第三個模塊為：直流受圖中第三個模塊為：直流受控電壓源，控電壓源，用于輸出調解后電壓用于輸出調解后電壓圖4 經典PI控制模塊模糊模糊PI控制模塊控制模塊 其中其中ln1為轉差輸入，輸入量通過比例功率放大，作為模糊控制器一個輸入量。為轉差輸入，輸入量通過比例功率放大，作為模糊控制器一個輸入量。另外一個通過求得轉差與時間的變化求得轉差率，并作為模糊控制器的另外一個輸另外一個通過求得轉差與時間的變化求得轉差率，并作為模糊控制器的另外一個輸入量。模糊控制器采用雙輸入、輸出，同時模糊控制器的輸出量作為入量。模糊控制器采用雙輸入、輸出，同時模糊控制器的輸出量作為PI控制器的輸控制

9、器的輸入量，再通過入量，再通過PI控制器的比例、積分環節得到控制量，輸入給直流受控電壓源。得控制器的比例、積分環節得到控制量，輸入給直流受控電壓源。得到調節后的電壓，輸入給到調節后的電壓，輸入給BLDC模塊。模塊。圖5 模糊PI控制模塊電機數據采集模塊電機數據采集模塊 此模塊能夠實時地采集到無刷直流電機的電壓、此模塊能夠實時地采集到無刷直流電機的電壓、電流、轉速、電磁轉矩的圖像。電流、轉速、電磁轉矩的圖像。圖6 電機數據采集模塊五五. 仿真結果與分析仿真結果與分析無刷直流電機仿真圖：圖7 無刷直流電機仿真圖 無刷直流的電機的電無刷直流的電機的電壓與電流，電流在壓與電流，電流在0-0.015s時

10、電流由時電流由45A慢慢慢慢降低到降低到0A左右，在左右，在0.1s加加入入3N.M轉矩之后，電流轉矩之后，電流上升，幅值基本維持在上升，幅值基本維持在4A左右。左右。電壓在電壓在0-0.15s時電壓由時電壓由0升為升為220V左右，在左右，在0.1S加入轉矩之后，發生細小加入轉矩之后，發生細小變化，變化范圍在變化，變化范圍在10V以以內。內。圖8 無刷直流電機的電壓與電流波形 在啟動過程中，由于電機轉子自身的慣性，在啟動在啟動過程中，由于電機轉子自身的慣性，在啟動時電磁轉矩較大。在時電磁轉矩較大。在0.015秒時基本穩定秒時基本穩定 在在0Nm。在。在0.1S加入轉矩后，轉矩迅速在加入轉矩后

11、，轉矩迅速在3A處穩定。處穩定。圖9 無刷直流電機轉矩變化曲線 圖10 經典PI與模糊PI控制條件下轉速曲線啟動過程中，經典啟動過程中，經典PI控制超出給定轉速控制超出給定轉速175，超調量為，超調量為5.8%，而模糊控制只超出，而模糊控制只超出10，超調量為超調量為0.3%。模糊。模糊PI控制達到額定轉速比經典控制達到額定轉速比經典PI控制少控制少70%在在0.2s加入一個負載轉加入一個負載轉矩后，模糊矩后，模糊PI恢復額定轉速時間比經典恢復額定轉速時間比經典PI少少85%。且恢復時，模糊。且恢復時，模糊PI控制超調量比經控制超調量比經典典PI控制少。控制少?？偨Y總結 在無刷直流電機的調速控制方面，經典PI控制的控