发布时间 : 星期二 文章永磁无刷直流电机建模与分析更新完毕开始阅读
纯电动汽车电机控制系统建模与性能分析
synchronous machine）组成，永磁同步电动机的励磁类型选择梯形波Trapezoidal（参考图2-2c）。
图3.1永磁无刷电机调速系统仿真模型
表2.6 永磁无刷同步电机调速系统模型参数
定子电阻 Ra?4.765? 励磁磁通0.184Wb
永磁无刷电机 定子电感 L?0.085H 励磁脉冲宽度120? 电压300V 转动惯量J?0.008kg.m 极对数p?2 转速调节器 比例系数 Kp?10.7 积分系数Ki?0.15
本电机仿真模型设定的额定转速是2000r/min，
2
3.1永磁无刷模型的仿真结果
在simulink模型启动后的仿真结果如图3.2所示，为给定2000r/min带载1.5N.m启动时的转速响应，定子电阻为4.765w,定子电感1—m为0.0085h，转动惯量j为0.008kg.m2，励磁磁通为0.1848wb，励磁脉冲宽度为120?，极对数p为2，转速调节器的比例系数为10.7，积分系数为0.15，负载转矩为1.5N.m启动时的转速响应。
图3.2a) 为定子电流的波形，启动时电动机速率略有调速后进入稳态，稳态转速波动很小,但在调速之前转速有一定的波动，出现了一个最大值，如图3.2b）
[第21页/共41页]
纯电动汽车电机控制系统建模与性能分析
为电机输出的转速n。 图3.2c) 转矩响应曲线， 图3.2d）为电动机转子转动角度的幅值.可以看到无换向器电动机呈现交流方波，由于电压采用了PWM控制，在
120?导通区间内电流有脉动，这使电动机电压和转矩也产生一定脉动。
20ia （ A ）3000n (rad/s）00.020.040.06t ( s )0.080.1100-10200010000-100000.05t ( s )0.1 a) b)
153050-500.05t ( s )0.1theta ( rad )Te ( N*m )1020100-1000.05t ( s ）0.1 c) d)
图3.2 永磁无刷电机调速系统波形
a)定子电流 b)电机转速 c)转矩响应曲线 d)转子转动幅值
如图3.3所示为无换向器电动机输入的三相交流电，相差120度的电角度，组合成六个循环变化的状态，每个状态导通电机的两相。
20100-10Ia ( A )00.010.020.030.040.05t （ s )0.060.070.08 [第22页/共41页]
纯电动汽车电机控制系统建模与性能分析
a)
50-5-10Ib （ A )00.010.020.030.04t ( s )0.050.060.070.08 b)
100-10-20Ic ( A )00.020.04 t ( s )0.060.080.1 c)
图3.3 无刷电动机输入的三相交流电 a)b)c)分别为A、B、C相电流的变化图像
由电机总线选择器（busselect）导出三相交流电的图像，可以看出三相电压除了在开始阶段有很大的跳变时，过后就会形成一个稳定的状态，当然还是有小的失衡。如图图3.4 输入的两相电流A、B之间电压图像，可见每当一个周期内，两条线之间会出现一个电压峰值。而其实存在三相电流，那么电机所运行时始终保持最高电压状态。
[第23页/共41页]
纯电动汽车电机控制系统建模与性能分析
400电压 (V)2000-200-40000.05 t （ s ）0.1 图3.4 输入的两相电流A、B之间电压图像
3.3仿真结果分析
在启动初始阶段，转矩有较大峰值，这是因为在无刷直流电动机启动时。无刷直流电机的反电动势还没来得及建立起来，相电流较大，造成转矩峰值；在反电动势建立起来后，转矩迅速降到稳态值，转矩脉动很小。以上波形与与无刷直流电机的理论波形很吻合。充分说明建立的无刷直流电机控制系统仿真模型是准确的，且行之有效。
本文基于Matlab／Simulink建立了BLDC控制系统的仿真模型，并对该模型进行了BLDC双闭环控制系统的仿真。仿真中，BLDC电机参数设置为：定子相绕组电阻R=1Q，定子相绕组自感L一0．02L，互感M一一0．061H，转动惯量I，一0．005kg．m2， 阻尼系数B=0．0002N．in．s，rad，额定转速n=1000r／min，极对数p=1，220V直流电源供电。
离散PID控制器三个参数Kp=5，Ki=0．01，Kd=0．001，饱和限幅模块幅值限定在+-35内，采样周期T=0．01s。。可得到系统转速、转矩、三相电流和三相反电动势仿真曲线如图3.2和图3.3所示。
由仿真波形可以看出，在2000r／min的参考转速下，系统响应快速且平稳，相电流和反电动势波形较为理想。仿真波形图3.2表明：起动阶段系统保持转矩恒定，因而没有造成较大的转矩和相电流冲击，参考电流的限幅作用十分有效；其结果与仿真波形一致，证明了本文所提出的这种新型BLDC仿真建模方法的有效性及控制系统的合理性。
[第24页/共41页]