基于Simulink的无刷电机调速系统仿真

目 录第一章 绪论 11.1 研究背景及研究意义 11.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 21.3 本文的主要研究内容及章节安排 3第二章 无刷直流电机的基本原理 42.1 无刷直流电机的基本结构 42.1.1 电机本体 41.电动机定子 42. 电动机转子 52.1.2 位置传感器 52.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 72.2.1 无刷直流电机的工作原理 82.2.2 无刷直流电机的换相过程 102.3 无刷直流电机的应用 112.4 本章小结 11第三章 基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 123.1 PWM控制技术简介 123.1.1 PWM控制技术的基本原理 123.1.2 PWM控制技术的控制方法 133.2 Buck变换器的原理及控制方式 143.2.1 Buck变换器的原理 143.2.2 Buck变换器的控制方式 153.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 153.3.1传导区转矩脉动 163.3.2换相区转矩脉动 173.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 193.5 本章小结 22第四章 无刷直流电机的仿真分析 234.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 234.2 无刷直流电机的数学模型 244.2.1电机本体模块 254.2.2转矩计算模块 264.2.3速度控制模块 274.2.4电流控制模块 274.2.5电压逆变模块 284.3无刷直流电机的仿真结果 284.4本章小结 33结论 34致谢 35参考文献 36附录 371.3 本文的主要研究内容及章节安排主要研究内容分为以下几个方面1研究无刷直流电机的基本结构和工作原理分析其换相过程2 研究无刷直流电机产生转矩脉动的原因并找出抑制其脉动的方法3设计由PWM控制的无刷直流电机系统分析存在的问题并运用Matalab中的Simulink软件对系统进行仿真。具体安排如下第一章首先了解无刷直流电机调速系统的研究背景以及意义简要地概述了目前无刷直流电机调速系统存在的问题。第二章介绍无刷直流电机的结构和模型。详细地分析与理解无刷直流电机的工作原理以及换相过程简要介绍无刷直流电机与其他电机的区别并了解无刷直流电机在当下的应用情况。第三章简要介绍PWM控制技术及Buck变换器详细分析无刷直流电机转矩脉动的产生原因并对其转矩脉动进行理论上的数学计算从而有效地理解转矩脉动并提出抑制转矩脉动的具体方法也对其进行理论上的研究与计算。第四章在Matlab中建立无刷直流电机的系统仿真模型对模型中各个模块进行分析与介绍并详细的呈现系统仿真的结果从而以实践结果来印证所提出解决方法的可行性。最后得出关于仿真的结论并致谢。第二章 无刷直流电机的基本原理2.1 无刷直流电机的基本结构无刷直流电机由其相数可分为单相、双相以及三相直流电机本文主要讨论三相无刷直流电机其由电机本体、位置传感器以及电子开关电路三部分组成简化框图如图2.1。图2.1 无刷直流电机简化的组成原理框图2.1.1 电机本体电机本体主要包括带有电枢绕组的定子和带有永磁级的转子两个重要组成部分下面将分别阐述电动机定子与转子的构成以及相应的作用。1.电动机定子电动机定子是电机本体的静止部分其主要包括导磁的定子铁芯、导电的电枢绕组以及固定铁芯和绕组所用的一些零部件。通过叠压硅钢片来减少定子损耗且将硅钢片冲压成环形并带有齿槽根据绕组的相数和极对数在槽内嵌放电枢绕组。在叠装后的铁心槽内放置槽绝缘和电枢线圈然后整形、浸漆最后把主定子铁心压入机壳内。定子绕组是电机本体的一个最重要部件。当电机通电后电流经电枢绕组产生磁动势该磁动势与转子产生的励磁磁场相互作用从而产生电磁转矩。当电机带着负载开始运转后便在绕组中产生反电动势吸收电功率并通过转子输出机械功率从而实现了将电能转换成机械能的过程。为了让电机顺利的实现这一过程对电枢绕组便有了相对严格的要求首先它必须能够负荷一定的电流才能产生足够的磁动势以得到足够的转矩其次它必须满足电机整体结构简单运行可靠的要求。电枢绕组由许多线圈连接而成。每个线圈也叫绕组元件由漆包线在绕线模上绕制而成。线圈的直线部分放在铁心槽内其端接部分有两个出线头把各个线圈的出线头按一定规律连接起来便得到所需要的绕组。