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1、科技大学15届毕业设计（论文）无刷直流电机的双闭环控制设计系 部：自动化专业名称：电气工程与其自动化班 级：11403041学 号：1140602116作 者：龚昊指导教师：王伟然年 月曰无刷直流电机的双闭环控制设计The design of double closed loop control of the brushless DCmotor科技大学毕业设计（论文）任务书学院名称：电子信息学院专业:电气工程与其自动化学生：龚昊学号:1140602116指导教师：王伟然职称:讲师毕业设计（论文）题目：无刷直流电机的双闭环控制设计一、毕业设计（论文）容与要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标
2、和应做的实验等）设计容与要求：1. 收集相关文献资料，阐述无刷直流电机在现代工业中的地位与应用2. 对无刷直流电机的相关控制方法进行收集整理，并进行比较分析3. 选用双闭环控制方法对无刷直流电机进行相关控制4. 使用Matlab/Simulink编写相关程序，并且调试程序，得到仿真结果二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1. 相关英文翻译2. 毕业论文3. 相关程序附件4. 光盘三、完成日期与进度（1）3月2日3月27日：消化任务书，查找资料，提交开题报告；（2）3月28日4月24日：实际设计阶段，中期检查；（3）5月18日5月29日：论文初稿审核（1、初稿上传知网进行检测、2、初稿
3、上传毕业设计系统）；（4）5月30日6月5日：论文定稿审核（指导教师、评阅教师评分）；（5）6月8日6月14日：答辩与成绩评定；（6）6月15日6月16日：成绩入库（答辩秘书）；（7）6月8日6月16日：申报优秀；（8）7月6日7月12日：毕业设计全套电子资料归档（答辩记录扫描后上传）；（9）7月13日7月17日：学院毕业设计（论文）工作总结。四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）：1 王宏伟.梁晖.无位置传感器无刷直流电机的DSP控制J.电力电子技术2 新华.庄百兴.垂恭.基于IPM的高压无刷直流电动机控制 器C.第十二届中国小电机技术研讨会论文集3 琛.直流无刷电动机原理与应用M.:
4、机械工业出版社4 红莲.基于DSP的电力拖动控制系统的设计J.科技信 信5 叶金虎.现代无刷直流永磁电动机的原理和设计M.:科 学6 传琦.电力电子技术计算机仿真实验M.:电子工业7 邓兵，.俊民无刷直流电机控制系统计算机仿真J.计算 机仿真8 包向华.章跃进基于SIMULINK的永磁无刷直流电动机与控 制系统的建模与仿真J.电气传动自动化系（教研室）主任：（签章）年月日学院主管领导：（签章）年月日 由于电子技术，计算机技术，传感器技术，电力电子技术，现代控制理论和新型 永磁材料的发展，永磁无刷直流电动机与其控制技术已有突破性进展。近20年 来，永磁无刷直流电机因其结构简单，调速性能好，控制方
5、法灵活多变，效率较 高，起动转矩大，运行寿命长等优点，日趋广泛应用于航空航天，计算机，军事， 汽车，工业和家用电器等领域。本文针对无刷直流电动机选取双闭环控制技术进行调速。首先，介绍了无刷 直流电机的特点与其结构和原理；其次，建立了无刷直流电机的模型，进行数学 分析；再次，采用双闭环PI调速，主要针对其PI控制器进行了相关设计与改进， 消除无刷直流电机稳态时的静差；最后，基于MATLAB/SIMULINK平台，建立 控制系统的仿真模型，对无刷直流电动机速度闭环控制系统进行仿真。仿真结果显示该模型转矩响应较快，电流脉动较小，电机工作稳定可靠，具 有良好的静动态特性。无刷直流电机的双闭环控制采用电
6、流滞环，结构简单、响 应快速，具有一定理论与应用意义。关键词： 无刷直流电动机；双闭环控制；数学模型；MATLAB；AbstractSince the development of electronic technology, computer technology, sensor technology, power electronics technology, modern control theory and new permanent magnetic material.Permanent magnet brushless dc motor and its control techno
7、logy has made a breakthrough.During the past 20 years,since its simple structure,good performance of speed adjustment,variable control methods,high efficiency ,large starting torque and long service life and so on.The brushless dc motor is now increasingly used in fields like aerospace,computer,mili
8、tary,cars,industry and household appliance.This passage is based on the speed control of the brushless dc motor.Double closed-loop control technology is used for researching and analysising among numerous control methods.At first,it has introduced the research background of the brushless dc motor.Ne
9、xt,based on the working principle of the brushless dc motor,the model of the brushless dc motor has been established to do mathematical analysis. After that,we take double closed loop speed regulation,and mainly design and improve PI regulator to make the brushless dc motor astatic in steady state.A
10、t last in order to make simulation of control system for brushless dc motor speed closed-loop control system,we establish the simulation model of control system which based on MATLAB/SIMULINK platform.The result of simulation shows that the response of torque is quick and the pulsation of current is
11、 small.The motor can work reliable and has good static characteristic.We use current hysteresis band in the control system since its simple structure and quick response,it is based on reliable theory and is meaningful in application.Keywords： brushless direct currentmotor；doubleclosed-loopcontrol;ma
12、thematical models ;MATLAB;目录第一章绪论11.1无刷直流电动机11.1.1无刷直流电机的简介11.1.2无刷直流电机的特点11.1.3无刷直流电机在工业中的地位与应用11.1.3.1定速驱动机械21.1.3.2调速驱动机械21.1.3.3精密控制31.2无刷直流电机国外研究现状31.3无刷直流电机的发展趋势31.3.1无刷直流电机的发展前景31.3.2控制策略的发展51.4本课题的研究意义61.5章节安排61.6本章小结7第二章无刷直流电机的工作原理与其数学模型72.1无刷直流电动机的工作原理72.1.1无刷直流基本组成72.1.2无刷直流电机运行原理112.2无刷直
13、流电机的建模122.2.1无刷直流电机的电压方程132.2.3传递函数142.2.4反电势方程152.3本章小结16第三章 无刷直流电机双闭环控制的原理和设计163.1无刷直流电机双闭环控制的原理163.1.1无刷直流电机转速控制系统的组成163.1.2无刷直流电动机转速、电流控制过程183.2逆变器与电流转速反馈通道的数学模型183.3转速电流双闭环的设计193.3.1设计要求193.3.2电流环动态结构框图203.3.3电流调节器设计223.3.4转速调节器的设计243.4本章小结27第四章 基于MATLAB/SIMULINK无刷直流电机双闭环控制的设计284.1MATLAB/SIMULI
14、NK 的简介 284.1.1MATLAB 的介绍284.1.2SIMULINK的功能与特点284.2参数的给定284.3SIMULINK模块的搭建294.3.1无刷直流电机双闭环控制整体控制框图304.3.2电机本体模块314.3.2.1转速计算模块314.3.2.2转矩计算模块314.3.2.3电压方程模块和反电势模块324.3.3电流滞环控制模块344.3.4转速控制模块344.3.5电流参考模块354.3.6 逆变器模块364.4仿真结果364.5结论384.6本章小结39第五章结论与展望405.1结论405.2展望40致41第一章绪论1.1无刷直流电动机1.1.1无刷直流电机的简介无刷
15、直流电机发展历史不长，只有几十年。1962年“固态换相直流电机”专利 被提出，标志了现代无刷电动机的真正诞生1。20世纪60年代初以后，无刷直 流电动机被运用到实际中去。因为其可靠性较高，一开始使用在航空航天中。1964 年，美国宇航局用它来控制卫星在太空中的运行。1978年，一家联邦德国公 司研制出无刷直流电动机和它的驱动。并且将它们在汉诺威展览3，这正式表明 了由电子换相的无刷直流电机走入了实际运用的时代。之后国外的各种研究，以 与永磁材料、控制技术和电力电子的发展给无刷直流电机带来新的发展，它越来 越多地运用在国防、工业生产、生活中的电气和电子电器当中去，成为很有潜力 的电机产品。1.1.2无刷直流电机的特点无刷直流电机可替代直流电机调速，不仅放弃使用碳刷、滑环结构；而且 可在低速大功率条件下运行，省去使用减速机直接驱动大负载。此外还具有重量 轻、体积小、出力大，其转矩特性优良，有较大的起动转矩。启动电流小并且能 实现无级调速，带动大负载和宽围调速。其起动和制动特性曲线都比较软，而且 节能效率高，
