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BLDCM无位置传感器控制系统仿真及实验研究
摘要
本文主要研究基于无位置传感器的BLDCM控制系统，在MATLAB/Simulink下进行仿真和实验研究。首先，介绍了BLDCM的工作原理、控制策略和无位置传感器控制方法；然后，分析了基于电流共振法的无位置传感器控制方法的优点和不足；接着，设计了BLDCM无位置传感器控制系统的模型，并在MATLAB/Simulink下进行了仿真测试；最后，采用实验验证的方法，对仿真结果进行了验证。
关键词：BLDCM；无位置传感器；电流共振法；MATLAB/Simulink；仿真；实验
Abstract
ThispapermainlystudiesthecontrolsystemofBLDCMbasedonsensorlesscontrol,andconductssimulationandexperimentalresearchunderMATLAB/Simulink.Firstly,theworkingprinciple,controlstrategyandsensorlesscontrolmethodofBLDCMareintroduced.Then,theadvantagesanddisadvantagesofthesensorlesscontrolmethodbasedoncurrentresonanceareanalyzed.Next,themodeloftheBLDCMsensorlesscontrolsystemisdesigned,andsimulationtestsarecarriedoutunderMATLAB/Simulink.Finally,thesimulationresultsareverifiedbyexperimentalverification.
Keywords:BLDCM;sensorlesscontrol;currentresonancemethod;MATLAB/Simulink;simulation;experiment
一、引言
无位置传感器的BLDCM控制系统成为研究的热点之一，其具有简单、实用、可靠等优点，已成为高性能无刷直流电机的普遍解决方案。本文将以基于电流共振法的无位置传感器控制方法为例，研究BLDCM无位置传感器控制系统的仿真和实验研究。
二、BLDCM的工作原理和控制策略
BLDCM（BrushlessDCMotor）即无刷直流电机，是一种用电子器件取代机械式换向器的直流电机。它有三个相电机绕组，通过逆变器控制器的开关状态来实现电机的正反转和调速。BLDCM的转子是由永磁体或者铁氧体磁化的材料制成，电子换向器逆变器通过不断地改变相电流的方向和大小，来驱动转子运动和定位。
传统的BLDCM控制系统需要使用霍尔传感器等位置传感器来对转子位置进行检测和控制。但是，位置传感器的存在不仅增加了系统的成本，而且也影响了系统的可靠性。因此，利用无位置传感器控制BLDCM一直是发展方向之一。
BLDCM常用的控制策略包括：电动势反馈控制、反电动势（BEMF）控制和FOC（FieldOrientedControl）控制等。其中，FOC控制具有较高的控制性能和实际应用价值。FOC控制是按照转子位置信息将三相交流电压的大小和相位进行恰当控制，从而使BLDCM可以像交流电动机一样进行调速和定位。
三、基于电流共振法的无位置传感器控制方法
电流共振法是一种采用某些特定调整方式来判断电机实际位置的无位置传感器方法。该方法方式简单、易实现，并且不依赖于复杂的数学计算，因此实用价值较高。电流共振法的基本思想是利用转子磁通与电磁制动过程中由于磁阻、涡流等因素而引起的电流共振现象，通过控制器的输出电流来实现转子位置检测和控制。
电流共振法的核心是磁场共振点的检测和跟踪。电流共振法的基本流程如下：
1.通过逆变器对三相电流进行控制；
2.当逆变器输出三相电流的频率与电机转速相等时，转子位置与某个共振点相位相同；
3.利用控制器测量电流或者电压输出的相位差，从而计算出磁场共振点的相位。
电流共振法的优点在于简单、易实现、成本低，适用于高速和高精度要求的电机控制；不足之处在于，由于必须保持逆变器输出的频率与电机实际转速相等，使得该方法对转速变化敏感，难以实现低速和高负载下的控制。
四、仿真模型的设计与仿真结果
本文采用MATLAB/Simulink软件对BLDCM无位置传感器控制系统进行模型设计和仿真测试。仿真模型的参数如下：
BLDCM额定转速为2150RPM，3相，电源电压为12V，一次电感为150μH，转子惯量为0.1kg/m^2，永磁体磁通为0.4T。
逆变器输出三相交流电压如下所示：
simOut.Va=Vdc*cos(w*t+0);
simOut.Vb=Vdc*c