基于MATLAB的无刷直流调速系统的设计与仿真

Posted 2022-11-20 studyer_domi

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无刷直流电动机与常规有刷电动机的最大不同之处是其不具有机械整流结构，而是由一种由控制线路和电源开关构成的电子变换器，将直流电流以一定的顺序输入到无刷电动机的定子绕组中，以形成一个旋转的磁场，从而带动永磁铁的转动。因其优异的性能，已被广泛地用于工业、家电、交通工具、医疗设备等领域。其特点是动态响应快，效率高，寿命长，噪音低，转速高。

本文的研究内容为无刷 DC电动机的速度控制系统，包含PWM的原理和控制方法，由速度环和电压环构成的双闭环控制，并对其进行了研究和完善，最后采用 Simscape (simscape)-多域物理系统的仿真，建立了基于 Simscape的 PWM速度控制系统。通过对仿真系统的输出转矩、电流、转速进行实时的检测，可以进行实时的一些预测和优化，并对其进行及时的修正，使其满足设定的需求。分别就无刷直流电动机的模型建立、控制算法设计和仿真分析进行了科学研讨和分析，通过模拟实验，分析了该方法的可行性和有效性。.

本文针对 Simcape公司开发的无刷直流电动机的转速控制系统进行了仿真，采用了一种新型的无刷直流电动机，该控制系统采用了一种新型的无刷直流电动机，其稳态转速误差控制在±2%之内。本文还同时建立了转速、电压形成双闭环反馈 PWM转速调节系统的 Simcape仿真模型。

首先，介绍了无刷直流电动机的由来及国内外发展概况；对 PWM脉宽调制技术的工作原理及控制系统的设计进行了简要的分析。该控制系统可分为闭环和开环两部分，此次的双闭环控制。

第二部分，简单地介绍了 Simcape物理模型的仿真意义，并用 MATLAB/Simultink/Simcape对双闭环控制进行仿真。

第三，建立了 Simcape仿真模型，并对关键元器件模块进行了说明。其中，转速控制PI模块和电压控制PI模块参数设计很重要，这两个控制器都是以 PI调节器为基础，可以在 Simcape库中直接找到并应用。此外，通过对无刷电动机转子输出转速及系统输出的负荷转矩的结果讨论，得出了从起动到稳态运行的电机转速稳定误差很小，接近于0。此外，当预定力矩改变时，马达的测量转动次数可以很快地达到预定的转数。