[发明专利]无刷直流电机的仿真控制方法以及仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种无刷直流电机的仿真控制方法以及仿真系统。

背景技术

电动车用轮毂电机为无刷直流电机(brushless DC motor，BLDCM)，该电机利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器，采用永磁体转子，没有励磁损耗，具有高的能量密度和效率，适合电动车的运行特性，因此成为了直接轮式驱动电动汽车较为理想的驱动电机。但无刷直流电机一直存在转矩脉动和转速不稳定的问题，传统PID控制已经较成熟的应用于电机的速度控制中，但受电机负载和不同工况等非线性因素的影响，传统的控制策略在实际应用中难以保持设计时的理想性能。

针对这一问题，现有技术中提出采用传统PI控制器来控制无刷直流电机的方案，但由于无刷直流电机在运行过程中由于存在电枢反应、相电阻变化等，所以是时变、多变量、强耦合的非线性系统，因此，采用经典PI控制难于实现高效控制。

因此，有必要提供一种新的无刷直流电机控制方法，以此来克服采用传统PI进行无刷直流电机控制中存在的诸多问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种无刷直流电机的仿真控制方法以及仿真系统，其将模糊控制和PI控制相结合应用于电机转速环的控制中，电流环采用滞环控制，由转速外环和电流内环组成的双闭环控制系统能改善电机的调速性能和抑制转矩脉动，从而提高电动汽车的动、静态性能。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，提供了一种无刷直流电机的仿真控制方法，其包括如下步骤：

S1、根据电机转子位置以及电机转速，获取BLDCM本体模块中的反电动势；

S2、采用PI控制器来建立速度控制模块，用于输出参考电流的幅值；

S3、建立霍尔信号生成模块，用于生成模拟霍尔信号，并通过所述模拟霍尔信号来实现电机换相；

S4、建立参考电流模块以及电流滞环控制模块，所述参考电流模块用于根据所述参考电流的幅值以及所述模拟霍尔信号给出参考电流，并将所述参考电流输入所述电流滞环控制模块；所述电流滞环控制模块用于接收所述参考电流以及输入的实际电流，并对所述实际电流进行调节，产生逆变器控制信号并输出；

S5、建立逆变电路模块，其用于接收所述逆变器控制信号，并输出电压信号。

优选的，所述电机为两相导通三相六状态星形连接的永磁无刷直流电机。

优选的，其特征在于，步骤S1包括：

S31、根据公式(1)-(4)分别搭建电压方程模块、反电动势求取模块、电磁转矩模块和机械转矩模块；所述公式(1)-(4)分别如下：

所述公式(1)-(4)中，u_a，u_b，u_c为定子绕组相电压；i_a，i_b，i_c为定子绕组相电流；e_a，e_b，e_c为定子绕组感应电动势；r为定子相电阻；L为每相绕组的自感；M为每两相绕组间的互感；P为微分算子且P＝d/dt；u_n为中性点电压；w为电机的转动角速度；T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；J为电机转动惯量；B为阻尼系数；

S32、将所述电机转子位置分为六个区域：0～π/3，π/3～2π/3，2π/3～π，π～4π/3，4π/3～5π/3，5π/3～2π；

S33、根据所述电机转子位置和电机转速信号，分别求出各相反电动势在所述六个区域的对应的直线方程；

S34、利用MATLAB/Simulink中S函数来求取三相反电动势。

优选的，其特征在于，步骤S2中，所述PI控制器包括模糊PI控制器以及包括能进行积分运算的PI控制器；所述模糊PI控制器以预设电机转速和实际电机转速的偏差e和偏差的变化率ec作为输入，经量化和模糊化处理后得到模糊输出量，并经过解模糊和量化因子分别输出比例、积分常数的精确量Kp、Ki至所述包括能进行积分运算的PI控制器；所述包括能进行积分运算的PI控制器输出三相参考电流的幅值。