实例介绍
【实例简介】
Simulink的BLDC建模与仿真。
基于 MATLAB/ Simulink的BLDC建模与仿真分析 Modeling and Simulation Analysis of BLDC Based on MATLAB/Simulink 曳动工具2017(4) 搭建,同时考虑实际电机参数,配合υ mergui流工作的扇区。结合目标线电流I拟合出各三 可较真实地模拟电机和逆变器的工作运行情况。相相电流Iabc。将电机实际工作labc与拟合 控制系统中 Speed controller为转速闭环Iabc比较,产生逆变器功率开关驱动信号,实 控制器,采用PI控制算法。该控制器内部的结现实际工作电流实时跟踪给定电流值。 构见图3 加/减連 积分 曲线 上下限 转矩输出1+ 电流调 节器 叫开关控制脉冲 一阶低通 滤波器 abe Lab 图3 Speed contro控制器内部控制 N∵为输入目标转速命令,N为电机实测的 图4 Current conltrol控制器内部控制 反馈转速。N经过设定的加减速度曲线达到目 整个控制系统中,速度环为外环,电流环 标转速,仿真中设定加速1000rpm/s,减速 为内环,最终通过对电机电流的控制,实现对 1000rpm/s。实测的电机转速N需要经一BIDC的速度控制。 阶低通滤波处理后,与目标转速比较。比较误32控制系统仿真分析 差经过PI调节器输出目标转矩Te',完成转速 在变负载条件下进行调速仿真,以测试 闭环搭建,速度环的输出Te'输入至电流控制BLDC的动态特性。设定仿真时间2s,电机速 器。 度0s-1s加速到500r/min,1s-2s转 电流控制器( Current Control)控制见图4。速降为0r/min。同时负载转矩T也发生变化, Te'经过T/Ⅰ模坎,计算出目标线电流I。0s~0.5s,Tl为0;0.5s-1.5s内Tl为 T/I模块利用上述的电机模型转矩和电流关系11N·m,1.5s-2s内T为-11N·m。 来实现。Hall通过传感器采集电机转了位置 仿真所得定子A相电流波形如图5所小。 信号,通过对位置信号的处理,可得到三相电 Stator current i_ a(A) 10 IAINUIAII a agduuungriguininiu ww 5 -10 0.2 0.4 06 0.8 1.2 1.4 16 1.8 图5电机定子A相电流 由图5可见,0s-0.5s电流变化的频率 1s~1.5s,电流变化频率变小,电机 变大,电机处于加速运行状态。该段时间内,处于减速运行状态。该段时间,电流峰值维持 电机空载运行,电流峰值为7A,电机加速过2.5A,电机带载减速。 程是匀加速。 1.5s~2s,电流值保持8.5A。此时电 0.5s~1s,电流变化频率恒定,电机稳流不变化,电机转速为0r/min,且输出恒定 速运行。该段时间,电流峰值维持8.5A,电静态转矩。 机带载稳速运行。 电机输入转速变化由线如图6所示。 10.16629cnk1674-2796.2017.04.001 基于 MATLAB/ Simulink的BLDC建模与仿真分析 电动工买2017(4) Modeling and Simulation Analysis of BLDC Based on MATlAB/Simulink Speed ref(rpm) 400 300 200 100 02 04 06 08 12 14 16 18 图6电杪设定目标转速 由图6可见,0s~0.5s,电机目标转速设定的曲线匀减速,1.5s转速减至0。1.5s 按设定的加速度进行匀加速,0.5s转速达到 2s,电机目标转速恒定为0。 500r/min。0.5s~1s,电机目标转速恒定 电机实测转速曲线如图7所示。 为500r/min。1s~1.5s,电机目标转速按 Rotor speed(rpm) 38 400 300 200 100 0 02 0,4 0.6 0.8 2 1.4 图7电机转速 由图7可见,0s~0.5s电机转速达到超调(1%以内),1.5s转速波动在1%以内。 500r/min,0.5s~1s电机维持500r/min仿真波形显示,电机输出转速较好地跟随了设 不变,1s~1.5s电机转速降为0,1.5s 定的目标转速。 2s电机转速维持0r/min。 电机转速闭环输出的参考转矩曲线如图8 对比图6和图7可知,0.5s电机转速略有所示 Te ref(n*m) 10 -10 0 0.2 0.4 0.8 08 1.4 16 18 图8电机计算目标转矩 由图8可见, Te ref为系统速度环输出值 载下减速到0,计算出参考转矩为2N·m。1.5s 0s-0.5s,电机以10N·m的参考转矩加速。 2s,电机在-11N·m负载下转速保持0r/ 0.5s~1s,电机在11N·m负载下保持转速 min。 500r/min。1s-1.5s,电机在11N·m负 电机实测输出转矩曲线如图9所示。 (下转第9页) 4 1016629/cnk16742796201704001 铁耗测量的准确度研究 The Study of the Iron Loss Measurement 电动工买20174) 算方法忽略了定子铁芯的感抗,随着电机测试电机制造企业对高效及超高效电机的设计提供 技术的不断发展,如能在试验中测得或计算出基本的保证。 定子铁芯感抗,再对上述计算方法略加修正, 负载试验的铁耗可更加精确。 参考文献 4结语 王传军,金惟伟,陈亘,等.高效和超高效电机低不确 IEC60034-30:2008标准的实施对我国的 定度效率测试系统的研究与设计J.电机控制与应 用,2010,37(4):1-5 电机企业E是一个挑战也是一个机遇。为适应2]顾德军.不同测试方法对电动机效率的影响U]电机控 标准,我国大部分电机企业都在研究和开发高 制与应用.2010.37{5):52-54 效电机,以满足国内市场和对外出口的需求 3]国际电工委员会单速三相鼠笔式感应电动机的有效 等级代码儿S]北京:中国标准出版社,2008 相配套的电机试验方法也在不断地发展和完善。 4 Rotating electricalmachines-Part 2-1: Standard 我国已经提出高效电机必须采用IEEE112B methods for determining losses and 法,对于负载铁耗的修正在GB/T1032-2010 efficiencyfrom tests (excluding machines for 中已经提及,电机效率的准确测试将为我国的 traction vehicles): IE C60034-2-1-2007 [S (上接第4页) Electromagnetic Torque(N"'m) 10 5 0 5 10 0.2 04 06 0.8 1.2 14 16 18 图9电机输出转矩 对比图8和图9可知,电机目标转矩与实参考文献 测转矩曲线波形变化一致,证明电机实际输出m]c.T.Iu,B.M.Iin,andJ.S.Pam. Design 转矩较好地跟踪了速度环输出的转矩。同时, and development of a zero-emission Scooter 发现电机实际输出的转矩存在转矩波动。 for Taiwan[J]. Journal of Power Source, 1996 59(5):187-187 综上,在速度变化结点和负载转矩变化结2]J.W. Dixon and I.A.Lea. Current control 点,速度环的动态响应较灵敏。证明采用转速 strategy for brushless dc motors based on a /电流閉环控制,电机的转速特性好。同时, common dc signal[j]. IEEE Trans on Power Electronics,2002,17(2):232240 仿真模型参数(PI值等)选取合理。 [3]郁亚南,黄守道,成本权,等.绕组类型与极槽配合对 结语 永磁同步电动机性能的影响[].微特电机,2010(2) 21-23 本文在介绍BLDC模型的基础上,搭建了 [4 Thomas M Jahns Motions control with 其 MATLAB的速度闭环模型和电流闭环模型, permanentmagnet AC machines[J]. Proceeding of 仿真BLDC速度闭环控制方法在变负载情况下 the ieee,1994,82(8):1241-1252 的调速性能。结果表明,利用转速/电流双闭 [S]洪南生,刘元江.永磁无刷直流电机转矩波动分析与降 低方法研究[J,福建电力与电工,1997(9) 环控制,电机实现良好的静态/动态响应。 10.16629/cnki.1674-2796201704002 【实例截图】
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Simulink的BLDC建模与仿真。
基于 MATLAB/ Simulink的BLDC建模与仿真分析 Modeling and Simulation Analysis of BLDC Based on MATLAB/Simulink 曳动工具2017(4) 搭建,同时考虑实际电机参数,配合υ mergui流工作的扇区。结合目标线电流I拟合出各三 可较真实地模拟电机和逆变器的工作运行情况。相相电流Iabc。将电机实际工作labc与拟合 控制系统中 Speed controller为转速闭环Iabc比较,产生逆变器功率开关驱动信号,实 控制器,采用PI控制算法。该控制器内部的结现实际工作电流实时跟踪给定电流值。 构见图3 加/减連 积分 曲线 上下限 转矩输出1+ 电流调 节器 叫开关控制脉冲 一阶低通 滤波器 abe Lab 图3 Speed contro控制器内部控制 N∵为输入目标转速命令,N为电机实测的 图4 Current conltrol控制器内部控制 反馈转速。N经过设定的加减速度曲线达到目 整个控制系统中,速度环为外环,电流环 标转速,仿真中设定加速1000rpm/s,减速 为内环,最终通过对电机电流的控制,实现对 1000rpm/s。实测的电机转速N需要经一BIDC的速度控制。 阶低通滤波处理后,与目标转速比较。比较误32控制系统仿真分析 差经过PI调节器输出目标转矩Te',完成转速 在变负载条件下进行调速仿真,以测试 闭环搭建,速度环的输出Te'输入至电流控制BLDC的动态特性。设定仿真时间2s,电机速 器。 度0s-1s加速到500r/min,1s-2s转 电流控制器( Current Control)控制见图4。速降为0r/min。同时负载转矩T也发生变化, Te'经过T/Ⅰ模坎,计算出目标线电流I。0s~0.5s,Tl为0;0.5s-1.5s内Tl为 T/I模块利用上述的电机模型转矩和电流关系11N·m,1.5s-2s内T为-11N·m。 来实现。Hall通过传感器采集电机转了位置 仿真所得定子A相电流波形如图5所小。 信号,通过对位置信号的处理,可得到三相电 Stator current i_ a(A) 10 IAINUIAII a agduuungriguininiu ww 5 -10 0.2 0.4 06 0.8 1.2 1.4 16 1.8 图5电机定子A相电流 由图5可见,0s-0.5s电流变化的频率 1s~1.5s,电流变化频率变小,电机 变大,电机处于加速运行状态。该段时间内,处于减速运行状态。该段时间,电流峰值维持 电机空载运行,电流峰值为7A,电机加速过2.5A,电机带载减速。 程是匀加速。 1.5s~2s,电流值保持8.5A。此时电 0.5s~1s,电流变化频率恒定,电机稳流不变化,电机转速为0r/min,且输出恒定 速运行。该段时间,电流峰值维持8.5A,电静态转矩。 机带载稳速运行。 电机输入转速变化由线如图6所示。 10.16629cnk1674-2796.2017.04.001 基于 MATLAB/ Simulink的BLDC建模与仿真分析 电动工买2017(4) Modeling and Simulation Analysis of BLDC Based on MATlAB/Simulink Speed ref(rpm) 400 300 200 100 02 04 06 08 12 14 16 18 图6电杪设定目标转速 由图6可见,0s~0.5s,电机目标转速设定的曲线匀减速,1.5s转速减至0。1.5s 按设定的加速度进行匀加速,0.5s转速达到 2s,电机目标转速恒定为0。 500r/min。0.5s~1s,电机目标转速恒定 电机实测转速曲线如图7所示。 为500r/min。1s~1.5s,电机目标转速按 Rotor speed(rpm) 38 400 300 200 100 0 02 0,4 0.6 0.8 2 1.4 图7电机转速 由图7可见,0s~0.5s电机转速达到超调(1%以内),1.5s转速波动在1%以内。 500r/min,0.5s~1s电机维持500r/min仿真波形显示,电机输出转速较好地跟随了设 不变,1s~1.5s电机转速降为0,1.5s 定的目标转速。 2s电机转速维持0r/min。 电机转速闭环输出的参考转矩曲线如图8 对比图6和图7可知,0.5s电机转速略有所示 Te ref(n*m) 10 -10 0 0.2 0.4 0.8 08 1.4 16 18 图8电机计算目标转矩 由图8可见, Te ref为系统速度环输出值 载下减速到0,计算出参考转矩为2N·m。1.5s 0s-0.5s,电机以10N·m的参考转矩加速。 2s,电机在-11N·m负载下转速保持0r/ 0.5s~1s,电机在11N·m负载下保持转速 min。 500r/min。1s-1.5s,电机在11N·m负 电机实测输出转矩曲线如图9所示。 (下转第9页) 4 1016629/cnk16742796201704001 铁耗测量的准确度研究 The Study of the Iron Loss Measurement 电动工买20174) 算方法忽略了定子铁芯的感抗,随着电机测试电机制造企业对高效及超高效电机的设计提供 技术的不断发展,如能在试验中测得或计算出基本的保证。 定子铁芯感抗,再对上述计算方法略加修正, 负载试验的铁耗可更加精确。 参考文献 4结语 王传军,金惟伟,陈亘,等.高效和超高效电机低不确 IEC60034-30:2008标准的实施对我国的 定度效率测试系统的研究与设计J.电机控制与应 用,2010,37(4):1-5 电机企业E是一个挑战也是一个机遇。为适应2]顾德军.不同测试方法对电动机效率的影响U]电机控 标准,我国大部分电机企业都在研究和开发高 制与应用.2010.37{5):52-54 效电机,以满足国内市场和对外出口的需求 3]国际电工委员会单速三相鼠笔式感应电动机的有效 等级代码儿S]北京:中国标准出版社,2008 相配套的电机试验方法也在不断地发展和完善。 4 Rotating electricalmachines-Part 2-1: Standard 我国已经提出高效电机必须采用IEEE112B methods for determining losses and 法,对于负载铁耗的修正在GB/T1032-2010 efficiencyfrom tests (excluding machines for 中已经提及,电机效率的准确测试将为我国的 traction vehicles): IE C60034-2-1-2007 [S (上接第4页) Electromagnetic Torque(N"'m) 10 5 0 5 10 0.2 04 06 0.8 1.2 14 16 18 图9电机输出转矩 对比图8和图9可知,电机目标转矩与实参考文献 测转矩曲线波形变化一致,证明电机实际输出m]c.T.Iu,B.M.Iin,andJ.S.Pam. Design 转矩较好地跟踪了速度环输出的转矩。同时, and development of a zero-emission Scooter 发现电机实际输出的转矩存在转矩波动。 for Taiwan[J]. Journal of Power Source, 1996 59(5):187-187 综上,在速度变化结点和负载转矩变化结2]J.W. Dixon and I.A.Lea. Current control 点,速度环的动态响应较灵敏。证明采用转速 strategy for brushless dc motors based on a /电流閉环控制,电机的转速特性好。同时, common dc signal[j]. IEEE Trans on Power Electronics,2002,17(2):232240 仿真模型参数(PI值等)选取合理。 [3]郁亚南,黄守道,成本权,等.绕组类型与极槽配合对 结语 永磁同步电动机性能的影响[].微特电机,2010(2) 21-23 本文在介绍BLDC模型的基础上,搭建了 [4 Thomas M Jahns Motions control with 其 MATLAB的速度闭环模型和电流闭环模型, permanentmagnet AC machines[J]. Proceeding of 仿真BLDC速度闭环控制方法在变负载情况下 the ieee,1994,82(8):1241-1252 的调速性能。结果表明,利用转速/电流双闭 [S]洪南生,刘元江.永磁无刷直流电机转矩波动分析与降 低方法研究[J,福建电力与电工,1997(9) 环控制,电机实现良好的静态/动态响应。 10.16629/cnki.1674-2796201704002 【实例截图】
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