无位置传感器无刷直流电机控制系统仿真研究样本.doc

无位置传感器无刷直流电机控制系统仿真研究SensorlessBrushlessDCMotorControlSystemSimulationandResearch吴鹏坤，贾琴妹(西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)摘要：依照无刷直流电机端电压检测法实现无位置传感器控制原理，搭建了无位置传感器无刷直流电机控制系统仿真平台，并对所设计双闭环调速系统进行仿真验证。本文提出一种搭建转速检测模块新办法，它模仿了实际控制系统中软件计算转速办法，这使搭建仿真模型对实际无位置传感器控制系统研究更有参照意义。Abstract：AccordingtobrushlessDCmotorterminalvoltagedetectionmethodtoachievesensorlesscontrolprinciple.AsensorlessbrushlessDCmotorcontrolsystemsimulationplatformisbuilt.Andthedesignoftwoclosed-loopspeedcontrolsystemisverified.Thispaperpresentsanewmethodtobuildaspeeddetectionmodule，whichsimulatesoftwaretocalculatetheactualspeedcontrolsystem.Thisallowsthesimulationmodelbuiltontheactualpositionsensorlesscontrolsystemismorereferencevalue.Keywords：brushlessDCmotor；sensorless；MATLAB核心词：无刷直流电机；无位置传感器；MATLAB1引言当前国内工业控制中应用无刷直流电机大某些都还是采用电子或机电式位置传感器直接检测到电机转子位置信号，运用霍尔组件构成霍尔传感器就是一种比较常用位置传感器。但是位置传感器存在对于无刷直流电机应用产生诸多不利影响，例如在高温、高压、潮湿等恶劣环境中，会使传感器性能减少甚至不能工作，这就大大减少了系统可靠性，电机运营性能也直接受到位置传感器安装精度影响，因而无位置传感器控制技术研究对无刷直流电机广泛应用有很重要作用。2无位置传感器端电压检测法原理分析在无刷直流电机电子绕组中通以方波电流，通过电枢绕组与气息磁场互相作用，定子绕组将感应出梯形波反电动势，梯形波反电势过零点延迟30°电角度刚好相应开关管换相时刻，图2-1给出了反电势波形与换相时刻关系。因而只要检测到反电势过零点就可以得到转子位置信号，就可以实现无刷直流电机无位置传感器控制。然而电机反电势信号无法直接检测到，下面简介应用最为广泛、成熟通过端电压检测反电势过零点原理。图2-1反电势过零点与换相时刻关系图图2-2端电压检测法原理图如图2-2所示，电机采用三相星形连接，电机端电压即为A点与O点之间电压，依照第二章电压平衡方程可以得到如下端电压方程：(2-1)式中：—端电压；—中性点电压；—绕组等效电感。采用120°电角度两两导通换相方式，任意时刻有两相导通，第三相悬空，假定C相为悬空相，即，于是可以将端电压方程变形为：(2-2)由于电子绕组中只有两相电流流过，大小相等方向相反，因而,将式(2-2)中三个端电压方程相加有：(2-3)从图2-1中可以很明显看出反电势过零点时三相反电势和等于零，因而等式可以简化为：(2-4)非导通相端电压方程可以写为：(2-5)因而通过检测非导通相端电压再与中点电压比较就可以得到反电势过零点，同样办法可以得到A相和B相反电势过零点，将反电势过零点信号延迟30度电度角就得到六个离散转子位置信号，为换相控制电路提供对的换相信息，进而实现无刷直流电机无位置传感器控制。从式(2-4)可以看出无刷直流电机中点电压可以由三个端电压信号通过微解决器计算得到即：(2-6)3无位置传感器控制系统仿真模型搭建在应用于无刷直流电机速度控制器各种控制方略中，本文选用双闭环PI控制技术，双闭环控制中外环为速度换或电压环，重要起稳定转速和抗负载扰动作用；内环为电流环或转矩环，重要起稳定电流和抗电网电压波动作用。依照无刷直流电机两两导通三相六状态工作原理，在任何时刻只有两相导通，两相电流幅值相等方向相反，其大小就等于母线电流，因而检测母线电流信号作为双闭环控制电流环反馈信号。文献【7】分析了不同PWM调制方式对换相转矩脉动影响，得出H_pwm-L_on和PWM_ON两种调制方式产生转矩脉动最小，考虑系统动态损耗、控制复杂限度以及性能精度规定，选取H_pwm-L_on调制方式为最优。图3-1无刷直流电机无位置传感器仿真模型控制系统仿真模型重要由一下模块构成：电机本体模块（BLDC）、通用桥逆变