有限轉(zhuǎn)角直流無刷電機(jī)的建模與實(shí)現(xiàn).pdf

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1、第30卷第4期計(jì)算機(jī)仿真2013年4月文章編號：1006—9348(2013)04—0257—05有限轉(zhuǎn)角直流無刷電機(jī)的建模與實(shí)現(xiàn)蘇宇1，2，一，張濤2，王相陽2，王金波2(1．中國科學(xué)院光電研究院，北京100094；2．中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，北京100094；3．中國科學(xué)院研究生院，北京100190)摘要：有限轉(zhuǎn)角直流無刷電機(jī)是靠改變輸入的PWM的占空比驅(qū)動的，由于系統(tǒng)存在多變量和非線性，傳統(tǒng)的方法難以建立準(zhǔn)確的模型，導(dǎo)致控制精度低。提出一種采用對輸入PWM進(jìn)行采樣計(jì)數(shù)的方法建立PWM與電機(jī)電樞兩端電壓的關(guān)

2、系，再輔助ISE開發(fā)FPGA對電機(jī)進(jìn)行模型實(shí)現(xiàn)的新方法，建立了一套測試系統(tǒng)中有限轉(zhuǎn)角直流無刷電機(jī)仿真系統(tǒng)模型。通過模型校準(zhǔn)和仿真結(jié)果分析，證明了方案的有效性。將模型進(jìn)行FPGA實(shí)現(xiàn)，代替實(shí)際電機(jī)應(yīng)用于測試系統(tǒng)中，驗(yàn)證了模型具有高精度與可靠性。關(guān)鍵詞：脈沖寬度調(diào)制；閉環(huán)控制；建模；模型實(shí)現(xiàn)中圖分類號：TP311．52文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AModelingandImplementationofLimitedAngleBrusMessDCMotorSUYul'2?，ZHANGTa02，WANGXiang—yan92，WANGJin-b

3、02(1．AcademyofOpto—Electronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100094，China；2．TechnologyandEngineeringCenterforSpaceUtilization，ChineseAcademyofSciences，Bering100094，China；3．GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)ABSTRACT：Limitedanglebru

4、shlessDCmotorisdrivenbyPWMwhichvarieswiththechangingdutycycle，resul-tinginlowprecisionofthetraditionalcontrolsystem，SOanewmethodwasproposedtoestablishtherelationshipbe—tweentIlePWMandvoltageacrossthemotorarmaturesandtorealizethemodelonFPGAwiththehelpofISE．Thenasi

5、mulationmodelWasbuiltup．Themethodwasproofedtobeeffectiveaftercalibratingandanalyzingthesimulationmodel．AstheresultoftherealexperimentimplementingonFPGAandusedinthetestsysteminsteadoftheactualmotor，themodelbasedonthemethodhashishaccuracyandreliability．KEYWORDS：PWM

6、；Closed—loopcontrol；Modeling；Modelrealizing1引言有限轉(zhuǎn)角直流無刷電機(jī)可在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)驅(qū)動負(fù)載快速運(yùn)動并且能夠準(zhǔn)確定位，具有力矩大、響應(yīng)快、跟蹤精度高以及可靠性高等特點(diǎn)?，因此在工業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。在正常的電機(jī)應(yīng)用或測試系統(tǒng)中，需要控制系統(tǒng)帶動電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，在某航天器機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)的測試過程中，電機(jī)有時候必須工作在各種故障模式下，這時再繼續(xù)用實(shí)際的電機(jī)來運(yùn)行，將會嚴(yán)重?fù)p壞電機(jī)，如果更換電機(jī)還會影響控制的匹配精度忙1，而現(xiàn)有的對電機(jī)模型的收稿日期：2012—

7、06-08修回日期：2012-08—12研究大都是在PC機(jī)上進(jìn)行的，都是基于MATLAB／Simulink軟件，利用閉環(huán)控制的思想，然后通過激勵輸入進(jìn)行仿真，并分析仿真結(jié)果，如文獻(xiàn)[3]的無刷直流電機(jī)的MATLAB仿真和文獻(xiàn)[4]的一種基于MATLAB的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)建模仿真方法，前者是分析了無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合MATLAB軟件對直流無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究和分析；后者是在MATLAB／Simulink環(huán)境下，把獨(dú)立的功能模塊和S函數(shù)相結(jié)合，構(gòu)建無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型，他們只是分析了電機(jī)的靜／動態(tài)響

8、應(yīng)特性，提出一種概念模型，而沒有充分考慮仿真模型的可實(shí)現(xiàn)性、控制精度以及工程應(yīng)用價值。有限轉(zhuǎn)角直流無刷電機(jī)是一個多變量、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，用傳統(tǒng)的建模方法無法很好的描述系統(tǒng)的動態(tài)非線．．．——257．．．——性過程p1，因此提出采用對輸入PWM進(jìn)行采樣計(jì)數(shù)的方法建立PWM與電機(jī)電樞兩端電壓的關(guān)系的新思路，再輔助I