基于SIMULINK／PSB的无刷直流电机建模

无刷直流电机是近年来随着微电子技术和电动机技术的迅速发展而时兴起来的一种新型电动机。它是以电子换相替代传统机械换相的一种新型直流电机,具有交流电机运行可靠、结构简单、维护方便,直流电机运行效率高、调速性能好、控制特性好、无励磁损耗等诸多特点,在国民经济各个领域的应用日益普及。随着无刷直流电机在各个领域的广泛应用,无位置传感器控制方法的优势也越来越明显。但是无刷直流电机的无位置传感器技术、转矩脉动抑制技术等还有待于进一步的解决和完善,这些限制了它性能的进一步提高和发挥,阻碍了它在高性能要求场合的应用。本文在MATLAB／SIMULINK中对无刷直流电机及其控制系统进行了仿真研究。     

电动车用的无刷直流电机控制系统仿真

介绍一种电动车用的无刷直流电机的双闭环调速系统的仿真,该系统利用PWM调制方法对无刷直流电机的定子各相电压进行控制,从而达到控制电机转速的目的。电流的检测反馈环节,根据转子角度,采用移相的方法得到不同时刻的转矩电流值。将各模块组合在一起构成仿真系统,通过示波器得到性能较好的适合电动车用的电机转速曲线。     

反电动势叠加的无刷直流电机控制

提出了基于三相反电动势叠加的转子位置检测策略,以实现无刷直流电机无位置传感器的控制.通过分析无刷直流电机三相反电动势叠加与换相时刻的对应关系,得出了三相反电动势叠加的极值时刻即为换相时刻的结论.然后,检测三相反电动势过零点信号来确定每个极值点对应的换相逻辑.相比于反电动势法,系统减少了滤波电路,不需要补偿滤波移相并且极值点对应的为换相时刻不需要相移30°进行换相.仿真和实验结果显示,该策略能够准确地给出换相时刻,避免了传统反电动势法在移相过程中带来的误差.     

基于Matlab的无刷直流电机控制系统仿真研究

本文在分析无刷直流电机运行原理的基础上,提出了一种基于Matlab建模的新方法,即通过Matlab中原有的同步电机模型,改变其反相电动势参数,然后在外部搭建位置检测与换相电路,可以方便快捷的构成无刷直流电机控制系统仿真模型。并对控制系统仿真模型各个部分的建模进行介绍,同时,将仿真结果与实验结果进行对比。对比结果表明,仿真结果与实验结果基本一致,在Matlab中建模的新方法能够正确反映无刷直流电机控制系统性能,对实际控制系统设计与调试提供重要依据。     

基于dsp和cpld的无刷直流电机控制器

基于DSP和CPLD的无刷直流电机三环控制系统采用先进DSP,利用CPLD实现无刷直流电机的逻辑换相,BLDCM的三环控制系统以位置环控制为主,以速度环和电流环控制为辅,并对数字电路以及功率电路进行了光耦隔离,确保了系统良好的电磁兼容性,在使用中,无刷直流电机三环控制系统具有稳定性等优点。     

永磁无刷直流电动机换相脉动转矩及抑制方法

通过分析永磁无刷直流电动机的换相过程,得到了电动机绕组电流换相产生的脉动转矩表达式。为了验证理论分析的正确性,首先对电流换相产生的脉动转矩及相关特性进行了仿真,然后采用永磁旋转角加速度传感器对电动机轴上的脉动转矩进行了实际测量,验证了电机输出转矩中的脉动转矩分量的客观存在性及相关特性。针对脉动转矩,提出了一种基于峰谷互补的抑制方法,并建立了对应的实验平台开展了实验研究,理论分析和实验测量取得了一致的结果,从而证明了该抑制方法的正确性。     

霍尔位置传感器无刷直流电机起动控制策略

针对电机在低速起动或转速特别低时霍尔输出信号不稳定问题,结合方波控制出力大与矢量控制转矩脉动和噪声小的优点,研究基于霍尔位置传感器的无刷直流电机方波与正弦波复合控制的电机驱动器。在分析霍尔估算原理的基础上,对采用霍尔位置传感器的无刷直流电机矢量控制的起动策略进行研究,分析对比方波控制与正弦波控制在不同负载转矩时的起动性能。仿真与实验表明:为确保电机的平稳起动,根据不同起动要求的场合,可以选择正弦波直接起动和方波切换正弦波起动,该文研究的起动控制策略能有效拓宽无刷直流电机在低速大转矩场合下的应用。     

基于DIC实验的自同步振动系统研究

自同步振动机械通过简化传统的刚性连接实现同步运动，在工业上得到广泛应用。受限于测量手段，目前对自同步机械的研究主要集中在理论建模与数值仿真环节，鲜有对实验数据的分析。为了解真实自同步装置的动力学特性，通过高速相机对基于直流电机的自同步实验装置的运动过程进行记录，并使用数字图像相关方法(Digital Image Correlation，DIC)得到实验结果。通过经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)等手段对不同工况下的实验数据进行处理。结果显示：实验装置在进入同步状态后，在不同工况下表现出的同步特征有所不同；装置同步后的运动数据依然存在波动，且波动频率与转子转速、实验装置的参数都有一定相关性。研究结果可为自同步现象的实验测量提供参考，同时也丰富了自同步现象实验分析的研究资料。     

汽车万向传动装置动态特性仿真分析

在Pro/E软件中建立万向传动装置的三维模型,并基于ADAMS软件和ANSYS软件进行动态特性仿真分析.采用理论计算和运动仿真相结合的方法,得到了十字轴万向节输出轴角加速度和角速度曲线,并对中间传动轴进行模态分析,得到了相应振型和固有频率.仿真结果表明:运动仿真曲线与理论分析基本一致,模态求解数据与试验数据相符;模型构建合理,仿真结果可靠;动态特性仿真可简化机械产品设计过程,为进一步优化万向传动装置结构提供指导.     

带式输送机用直线电机静动态特性试验与分析

多机驱动在输送装备实现高速、长距离、大运量等方面起着至关重要的作用。直线电机因其具有不存在摩擦、无旋转传动部件、能够沿输送机长度方向任意布置和降低输送带张力等特点而成为特殊高性能带式输送机较理想的中间驱动方式。通过分析直线电机的工作原理,对直线电机与旋转电机的优缺点进行了比较;针对带式输送机用直线电机,对比确定了其次级型式,并进行了次级输送带结构设计;基于封闭式散料储运物料试验系统建立了静动态特性试验台,并运用欧拉公式及逐点张力法求得直线电机推力(输送带张力差),进而分别对电压、气隙与推力之间的比例关系进行了试验验证,并间接进行了动态试验(机械特性试验),得到了推力关于输送带速度的数学表达式;基于Belt Analyst带式输送机计算分析软件,对输送带稳定运行及启动过程的张力进行了仿真分析,并与试验张力进行了对比分析。试验结果表明:推力分别与电压平方、气隙倒数的平方成正比;电压、气隙与推力之间的理论曲线与试验值相符;直线电机的推力与输入功率的比值较大,并随着气隙的减小,比值越来越大;与旋转电机相比,此直线电机无临界转速,并显示出很软的机械特性;稳定运行时张力的仿真值与试验值基本吻合,其相对误差均小于2%,但启动过程中张力试验值与仿真值误差较大,间接表明保证启动过程气隙均匀的重要性。研究结果可适用于多机配合驱动超长距离带式输送机的改进与实际应用中。     

Speed Control of Motor Based on Improved Glowworm Swarm Optimization

To better regulate the speed of brushless DC motors, an improved algorithm based on the original Glowworm Swarm Optimization is proposed. The proposed algorithm solves the problems of poor robustness, slow convergence, and low accuracy exhibited by traditional PID controllers. When selecting the glowworm neighborhood set, an optimization scheme based on the growth and competition behavior of weeds is applied to a single glowworm to prevent falling into a local optimal solution. After the glowworm’s position is updated, the league selection operator is introduced to search for the global optimal solution. Combining the local search ability of the invasive weed optimization with the global search ability of the league selection operator enhances the robustness of the algorithm and also accelerates the convergence speed of the algorithm. The mathematical model of the brushless DC motor is established, the PID parameters are tuned and optimized using improved Glowworm Swarm Optimization algorithm, and the speed of the brushless DC motor is adjusted. In a Simulink environment, a double closed-loop speed control model was established to simulate the speed control of a brushless DC motor, and this simulation was compared with a traditional PID control. The simulation results show that the model based on the improved Glowworm Swarm Optimization algorithm has good robustness and a steady-state response speed for motor speed control.     

Simple position sensorless starting method for brushless DC motor

Position sensorless methods for brushless DC motors based on back-EMF zero crossing suffer from a starting problem since there is no back-EMF at standstill. A simple method by which the motor is started from standstill up to a speed wherein sensorless methods will be able to detect the correct commutation instants is proposed. The proposed method relies on a difference of line voltages measured at the terminals of the motor. It is shown that this difference of line voltages provides an amplified version of an appropriate back-EMF at its zero crossings. It is further demonstrated that this information can be used to trigger devices so as to develop an accelerating torque from zero speed. This method is simple to implement and it can reliably start the motor even with load. The effectiveness of the proposed method is demonstrated through simulation and hardware results.     

基于单片机的步进电机S形曲线调速控制

列举步进电机的3种速度控制方法,分析步进电机矩频特性曲线,得出步进电机速度变化规律.提出了符合实际情况的S形加减速曲线,将曲线离散处理,设计了单片机的控制程序.这种控制方法已经成功应用于切纸机的送料电机上.     

永磁无刷直流电动机低脉动转矩研究

针对永磁无刷直流电动机在运行过程中存在明显脉动转矩的问题,研究了一种新结构低脉动转矩永磁无刷直流电动机。首先对普通永磁无刷直流电动机在电流换相、极弧系数小于1和电枢反应等3种因素下的脉动转矩进行了物理解析;然后以脉动转矩的变化规律为切入点,提出一种通过电机本体产生2个幅值相同、频率相同、相位互差180°电角度的脉动转矩,实现脉动转矩峰谷互补的抑制策略,并通过理论分析找到了脉动转矩峰谷互补的实现方法;最后研制了低脉动永磁无刷直流电动机及控制器,通过实验验证了脉动转矩抑制的有效性,与普通永磁无刷直流电动机相比,实验结果表明可以减少约70%的脉动转矩。     

无刷直流电动机自适应模糊变结构速度控制器的研究

设计了一种无刷直流电动机的新型高性能自适应模糊变结构速度控制器。该控制器具有如下优点：减小了变结构控制带来的抖振,在保证系统稳定性的同时加快了响应速度,解决了传统的变结构控制器设计需要事先测定扰动量范围的问题,在线调整模糊控制器输出的自适应算法简化了模糊控制器的设计。实验结果证明这是一种无刷直流电动机的高性能速度控制器。     

Design and practical implementation of a back-emf sliding-mode observer for a brushless dc motor

A sliding-mode observer is proposed in order to estimate the phase-to-phase trapezoidal back-EMF in a brushless DC motor by using only the measurements of the stator currents and voltages. The main feature of the proposed observer is that it is not sensitive to the switching noise and no filtering is required. The back-EMF estimate was then used to deduce the six rotor positions of the motor. In addition, a method to obtain an estimate of the rotor speed of the motor, by exploiting the mathematical relationship between the speed and the back-EMF, is presented. The observer of the trapezoidal back-EMF is implemented practically on a DSP board. Simulation and experimental results are given to show the performance of the observer.     

超导磁悬浮微飞轮系统设计与功耗分析

针对飞轮系统在高转速时功耗大的问题,设计了基于超导磁悬浮轴承的微飞轮系统样机,研究了超导磁悬浮轴承对飞轮系统功耗的影响.微飞轮系统采用超导磁悬浮轴承作为支撑机构,以平面直流无刷电机作为驱动装置,在保证超导轴承场冷高度和电机间隙的条件下设计真空系统,通过搭建飞轮能耗实验平台,对超导磁悬浮飞轮系统的功耗进行分析,并通过测试不同场冷高度下的飞轮系统降速曲线,研究场冷高度对超导磁悬浮轴承的摩擦损耗影响.实验结果表明,在同样功耗下飞轮转子的最高转速可达到33 000 r/min,在15 000 r/min时超导磁悬浮轴承的功耗仅为机械飞轮系统功耗的1/7,并可以通过增加场冷高度进一步减少系统功耗.超导磁悬浮技术可以满足飞轮系统高转速、低功耗的要求．     

高转速标准装置研究与建立

研究建立了高转速标准装置,在转速范围30000～100000r/min内,实现了基于直流无刷空心杯微电机和FPGA转速控制的高精度转速的发生,分辨力1r/min,装置校准不确定度1×10-5,k=3。介绍了装置的结构组成和解决的关键技术问题,描述了双闭环控制的策略,给出了校准的实验数据。高转速标准装置是光电转速测量仪和高精度转速表在30000r/min以上量程有效溯源的重要计量标准装置。