使用Simulink进行无刷直流电机控制仿真

这段时间刚开始接触Matlab中的Simulink仿真，我就结合自己的专业，利用Simulink进行了无刷直流电机的仿真，因为Simulink工具箱里面有很多可用的模块，所以建模过程变得非常简单。

在Matlab界面中new->model之后，找到Simulink Library Browser，这里面有系统自带的很多模块，接下来我们就需要找到自己所需要的模块了，了解无刷直流电机的工作原理以后，接下来就是找到直流电源、三相逆变桥、无刷直流电机模型。而Simulink中也有这些模型，可以直接通过搜索关键字找到它们，分别是DC Voltage Source、Universal Bridge、Permanent Magnetic Synchronous Machine。接下来就是需要将相应的信号连接起来，如下图

其中，直流端电压可以设置电压大小，逆变桥可以选择开关器件类型，我们这里选择Mosfet，PMSM中我们将反电势波形选择trapezoidal即梯形波，电机参数相电阻、相电感、反电势常数、极对数按实际值设置。Universal Bridge对应如下桥式拓扑结构。

然后就是添加相应的负载Tm，这里可以模拟突加负载和突减负载以及任意变化的负载，通过给定一个函数就可以。然后就是开关信号g，下面会详细介绍。模型搭建完成后如下图。

PMSM输出端给的信号通过Bus Selector选择，我们需要使用的是三相霍尔信号得到相应的开关逻辑，这也是该仿真的关键所在，其中整个模型中Subsystem1就是实现开关逻辑的算法。我们可以根据霍尔换相真值表，通过相应的逻辑门实现，但是这样搭建模型显得不灵活而且很累赘，并且不能模拟超前或者滞后换相。所以我这里才用的是通过Matlab Function来实现的。

如上图，这是换相逻辑的模型，其中我采用的是下桥臂恒通，上桥臂PWM调制的方式导通Mosfet，目前占空比的给定方式采用的是常数，后续可以根据转速环进行PI给定。换相便是根据换相真值表而来。

霍尔信号	Mosfet导通真值表	导通相
Ha	Hb	Hc	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6
0	0	1	0	0	0	1	1	0	CB
0	1	0	0	1	1	0	0	0	BA
0	1	1	0	1	0	0	1	0	CA
1	0	0	1	0	0	0	0	1	AC
1	0	1	1	0	0	1	0	0	AB
1	1	0	0	0	1	0	0	1	BC

接下来就是按照真值表编写相应开关逻辑代码，

 1 function [y1,y2,y3,y4,y5,y6] = fcn(ha,hb,hc,theta)
 2 y1=0;y2=0;y3=0;y4=0;y5=0;y6=0;
 3 tmp=hc*4+hb*2+ha;
 4 if tmp==4
 5     y1=0;y2=0;y3=0;y4=1;y5=1;y6=0;
 6 end
 7 if tmp==6
 8     y1=0;y2=1;y3=0;y4=0;y5=1;y6=0;
 9 end
10 if tmp==2
11     y1=0;y2=1;y3=1;y4=0;y5=0;y6=0;
12 end
13 if tmp==3
14     y1=0;y2=0;y3=1;y4=0;y5=0;y6=1;
15 end
16 if tmp==1
17     y1=1;y2=0;y3=0;y4=0;y5=0;y6=1;
18 end
19 if tmp==5
20     y1=1;y2=0;y3=0;y4=1;y5=0;y6=0;
21 end
22 
23 end

　　代码添加完成以后，就可以配置Mosfet上下桥臂的导通模式了，我这里采用了上桥臂PWM调制，下桥臂导通的模式，即H_PWM-L_ON方式。一切准备就绪，下面来看仿真结果，A相电流，霍尔信号以及转子机械角度如下图。

来源：oschina

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