[發明專利]無刷直流電機的仿真控制方法以及仿真系統

在審

• 申請號: 201710098372.6
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106814637A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 嚴運兵;陳濤;錢能;葉剛;張振宇;鄒梓杰
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙)42231
• 代理人: 黃君軍

技術領域

本發明涉及電機控制領域，尤其涉及一種無刷直流電機的仿真控制方法以及仿真系統。

背景技術

電動車用輪轂電機為無刷直流電機(brushless DC motor，BLDCM)，該電機利用電子換向器取代了機械電刷和機械換向器，采用永磁體轉子，沒有勵磁損耗，具有高的能量密度和效率，適合電動車的運行特性，因此成為了直接輪式驅動電動汽車較為理想的驅動電機。但無刷直流電機一直存在轉矩脈動和轉速不穩定的問題，傳統PID控制已經較成熟的應用于電機的速度控制中，但受電機負載和不同工況等非線性因素的影響，傳統的控制策略在實際應用中難以保持設計時的理想性能。

針對這一問題，現有技術中提出采用傳統PI控制器來控制無刷直流電機的方案，但由于無刷直流電機在運行過程中由于存在電樞反應、相電阻變化等，所以是時變、多變量、強耦合的非線性系統，因此，采用經典PI控制難于實現高效控制。

因此，有必要提供一種新的無刷直流電機控制方法，以此來克服采用傳統PI進行無刷直流電機控制中存在的諸多問題。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供了一種無刷直流電機的仿真控制方法以及仿真系統，其將模糊控制和PI控制相結合應用于電機轉速環的控制中，電流環采用滯環控制，由轉速外環和電流內環組成的雙閉環控制系統能改善電機的調速性能和抑制轉矩脈動，從而提高電動汽車的動、靜態性能。

本發明就上述技術問題而提出的技術方案如下：

一方面，提供了一種無刷直流電機的仿真控制方法，其包括如下步驟：

S1、根據電機轉子位置以及電機轉速，獲取BLDCM本體模塊中的反電動勢；

S2、采用PI控制器來建立速度控制模塊，用于輸出參考電流的幅值；

S3、建立霍爾信號生成模塊，用于生成模擬霍爾信號，并通過所述模擬霍爾信號來實現電機換相；

S4、建立參考電流模塊以及電流滯環控制模塊，所述參考電流模塊用于根據所述參考電流的幅值以及所述模擬霍爾信號給出參考電流，并將所述參考電流輸入所述電流滯環控制模塊；所述電流滯環控制模塊用于接收所述參考電流以及輸入的實際電流，并對所述實際電流進行調節，產生逆變器控制信號并輸出；

S5、建立逆變電路模塊，其用于接收所述逆變器控制信號，并輸出電壓信號。

優選的，所述電機為兩相導通三相六狀態星形連接的永磁無刷直流電機。

優選的，其特征在于，步驟S1包括：

S31、根據公式(1)-(4)分別搭建電壓方程模塊、反電動勢求取模塊、電磁轉矩模塊和機械轉矩模塊；所述公式(1)-(4)分別如下：

所述公式(1)-(4)中，u_a，u_b，u_c為定子繞組相電壓；i_a，i_b，i_c為定子繞組相電流；e_a，e_b，e_c為定子繞組感應電動勢；r為定子相電阻；L為每相繞組的自感；M為每兩相繞組間的互感；P為微分算子且P＝d/dt；u_n為中性點電壓；w為電機的轉動角速度；T_e為電磁轉矩；T_L為負載轉矩；J為電機轉動慣量；B為阻尼系數；

S32、將所述電機轉子位置分為六個區域：0～π/3，π/3～2π/3，2π/3～π，π～4π/3，4π/3～5π/3，5π/3～2π；

S33、根據所述電機轉子位置和電機轉速信號，分別求出各相反電動勢在所述六個區域的對應的直線方程；

S34、利用MATLAB/Simulink中S函數來求取三相反電動勢。

優選的，其特征在于，步驟S2中，所述PI控制器包括模糊PI控制器以及包括能進行積分運算的PI控制器；所述模糊PI控制器以預設電機轉速和實際電機轉速的偏差e和偏差的變化率ec作為輸入，經量化和模糊化處理后得到模糊輸出量，并經過解模糊和量化因子分別輸出比例、積分常數的精確量Kp、Ki至所述包括能進行積分運算的PI控制器；所述包括能進行積分運算的PI控制器輸出三相參考電流的幅值。