无刷直流电机调速系统控制策略研究

论文总字数：12513字

摘 要

随着电子技术的迅猛发展，无刷直流电机在人生活中的应用越来越广。无刷直流电机的噪音低，功率高，因此对于无刷直流电机的研究和探索更为重要。分析了无刷直流电机的数学模型以及特性，建立MATLAB对无刷直流电机进行仿真，给定一个转速通过ASR转速调节，再传递到PWM发生器中，通过电流反馈和转速反馈进行一个单闭环调速，从而由电动机输出一个稳定转速。实验结论得出PWM单闭环调速结构简单，响应速度快，稳定性好，可以使电机运行在无静差环境内。

关 键 词：无刷直流电动机，数学模型，MATLAB，PWM。

Abstract：With the rapid development of electronic technology, brushless DC motor is widely used in human life. Brushless DC motor has low noise and high power, so it is more important for the research and exploration of Brushless DC motor. The mathematical model and characteristics of Brushless DC motor are analyzed, and MATLAB is built to simulate brushless DC motor. A rotating speed is adjusted by ASR speed, and then to PWM generator, a single closed loop speed regulation is carried out by current feedback and speed feedback, thus a stable speed is output by the electric machine. The experimental conclusion shows that the PWM single closed-loop speed regulation system has simple structure, fast response speed and good stability, enabling the motor to operate in a static environment.

Key words: brushless DC motor, mathematical model, MATLAB, PWM.

目 录

1 绪论 5

1.1 课题研究背景及意义 5

1.2 无刷直流电机研究现状及发展趋势 6

1.3 课题的主要研究内容 6

2 无刷直流电机的结构及工作原理 6

2.1 无刷直流电机的基本组成 6

2.2 无刷直流电动机的基本工作原理 7

2.3 无刷直流电机数学模型及特性分析 8

3 无刷直流电机调速系统的研究 10

3.1 直流无刷电机的运行特性 10

3.2 直流电机调速一般采用脉冲宽度调制 10

3.3 关于 PID 双闭环调速控制系统 11

4 无刷直流电机的仿真及研究 12

总结 21

参考文献 22

致谢 23

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

有刷电动机出现的时间比较早，大概在上世纪40年代开始就已经占据了整个领域市场的重要主导地位。因为他有一系列的优点，比如可靠性良好、能平稳变速、实惠价格便宜等优点，但是它还有一个非常重要的的弱点那就是它的碳刷非常容易磨擦损坏而且还非常不容易变换，而且要让他正常运行所需要的电流比较大。这样的话就非常容易而且大大的降低电机的使用寿命。

无刷直流电动机的真正应用还是主要在上世纪60年代的时候，无刷直流电机的发展主要是取决于电子技术的进步，在上个世纪六十年代以后因为电子技术飞速的发展因此也直接决定了无刷直流电机的广泛应用和推广。无刷直流电机最先的应用和推广是在航空技术领域中，这主要是无刷直流电机的高可靠性得益于。

相比较其他电机无刷直流电机的主要特点见表1：

表1 各类电机性能对比表

换向类型	机械有刷换向		电子换向		交流电交变特性进行换向
马达类别	永磁直流电机	串激电机	无刷直流电机	步进电机	同步电机	感应电机
机械结构	复杂		简单	简单	简单	简单
寿命	1000hrs	500hrs	gt;5000hrs	2000hrs	gt;5000hrs	gt;5000hrs
噪音	高	高	低	低	中	中
EMC	中	低	高	中	中	中
震动	大	大	小	中	中	中
起动力矩	高	高	高	小	小	小
效率	30-50%	30-50%	60-90%	30-40%	30-50%	30-50%…
转速	中	高	高	中	低	低
转速可调范围	大	大	大	大	不可	小
可调方式	变压	变压	变压变频	变频	变频	变压变频
成本	低	低	中	高	高	中

从表1的具体分析可以看的出来无刷直流电机和其他电机比较起来还是一种新型的电机，电子技术的飞速发展和无刷直流电机的发展也是密不可分，所以在深入研究无刷电机的控制方法还要研究电子技术的发展，因此对无刷直流电机的研究也是人们对于未来科技发展的研究，成为对人们未来发展具有不可或缺的意义。

1.2 无刷直流电机研究现状及发展趋势

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