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    法应用简单,但需要进行大量三角函数值的计算,对仿真速度影响较大。(3)分段线性法,如图6所示,将一个运行周期0-360°分为6个阶段,每60°为一个换向阶段,每一相的每一个运行阶段都可用一段直线进行表示,根据某一时刻的转子位置和转速信号,确定该时刻各相所处的运行状态,通过直线方程即可求得反电动势波形。分段线性法简单易行,且精度较高,能够较好的满足建模仿真的设计要求。因而,本文采用分段线性法建立梯形波反电动势波形。理想情况下,二相导通星形三相优尔状态的BLDC定子三相反电动势的波形如图4-3所示。根据转子位置将运行周期分为6个阶段:0~π/3,π/3~2π/3,2π/3~π,π~4π/3,4π/3~5π/3,5π/3~2π。以第一阶段0~π/3为例,A相反电动势处于正向最大值Em,B相反电动势处于负向最大值-Em,C相反电动势处于换向阶段,由正的最大值Em沿斜线规律变化到负的最大值-Em。根据转子位置和转速信号,就可以求出各相反电动势变化轨迹的直线方程;其它5个阶段,也是如此。据此规律,可以推得转子位置和反电动势之间的线性关系,如表4-1所示,从而采用分段线性法,解决了在BLDC本体模块中梯形波反,电动势的求取问题。
     
    图4-1 无刷直流电机仿真
       
    图4-2 无刷直流电机仿真模型及其封装
    图4-3定子三相反电动势的波形          表4-1 转子位置、转速与反电动势的关系
    4.2 电流滞环比较模块

    在本仿真模型中,采用置换电流跟踪的方法来使得实际电流跟随给定电流变化。滞环电流型逆变器的PWM产生原理如图4-3所示。其原理为:当反馈电流值与给定电流值的瞬时值之差达到滞环宽度的负边缘时,逆变单元的开关管VT1导通,开关管VT4关断,直流电机接到直流母线的正端,电流开始上升;反之,当反馈电流值与给定电流值的瞬时值之差达到滞环宽度的正边缘时,逆变单元的开关管VT1关断,开关管VT4导通,直流电机接到直流母线的负端,电流开始下降。选择合适的滞环带宽,可以实现实际电流跟踪给定电流波形,实现电流闭环控制。电流滞环跟踪控制的仿真模型如图4-4所示,输入为三相实际反馈电流和三相参考电流,输出为PWM控制信号。
     
    (a)滞环电流跟踪型PWM逆变原理图
    (b)滞环电流跟踪型PWM逆变器输出电流电压波形
    图4-3滞环电流跟踪型PWM逆变器工作原理
     
    图4-4滞环电流跟踪控制仿真模型及其封装图
    4.3 速度控制模块
    速度闭环控制的调节器采用PID控制器,以获得最佳的动静态性能。模块比较简单,模块输入为速度的设定值与反馈值的差值,输出为三相参考电流的幅值,其中Kp为PID控制器的比例系数,Ki为控制器的积分系数,Kd为控制器的积分系数Saturation饱和限幅模块将输出的三相相电流的参考幅值限定在要求范围内。PID控制器的仿真模型如图4-5所示。速度控制器的仿真模型如图4-6所示。
     
    图4-5 PID控制器仿真模型
       
    图4-6 速度控制器仿真模型
    4.4参考电流模块
    参考电流模块是根据位置信号和参考电流幅值计算出三相参考电流,输出的三相参考电流直接输入电流滞环跟踪模块,用于与三相实际电流进行滞环比较,产生PWM控制信号。转子位置和三相参考电流之间的对应关系如表4.2所示,参考电流计算这一模块可用S函数编程实现。
    表4.2 三相参考电流与转子位置之间的对应关系
     
    4.5转矩计算模块
    根据直流无刷电机数学模型中的电磁转矩方程(2-4)可建立如图4-5所示的转矩计算模型,模型输入为三相相电流与对应的三相反电动势,通过加法器、乘法器即可求得电机的电磁转矩信号Te。
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