摘 要

无刷直流电机是一种将法拉第电磁感应定律和电子技术、数字技术结合的新电机。不同于以往的有刷直流电机，无刷直流电机调速精度更高，转矩启动更高，效率更高。这种电机没有使用传统的机械电刷和机械换相器而是使用了电子换向器，相比有刷直流电机来说，机械摩损更少、结构更简单、运行更稳定。不仅如此，在21世纪，随着永磁材料的高速发展，材料的多样化使得无刷直流电机的本体品质更加高端，体积和重量优化巨大。永磁材料主要用于制作无刷直流电机里的转子磁钢，由此而生的永磁无刷直流电机开始进入了人们的视线。越来越多的永磁无刷直流电机被应用于生活、医疗和交通甚至航空、微电子等行业。

为了构建一个合理正确的无刷直流电机控制系统的模型，本文研究首先根据所需要的公式进行分析验证，然后在Matlab软件上通过对公式的理解将各个模块构建出来，再对整体电机系统进行分析，详细介绍了控制系统的本体，电流滞环，反电势等模块。再通过对电机模型的仿真，得到了仿真结果，最后对数据进行分析，证明了该模型的可行性。

关键词：无刷直流电机；建模；仿真；电流滞环；Matlab

Abstract

Brushless DC motor is a new method of combining Faraday's law of electromagnetic induction and electronic technology, digital technology. Different from the previous brush DC motor, brushless DC motor speed higher precision, higher torque start, more efficient. This motor does not use the traditional mechanical brush and mechanical commutator but the use of electronic commutator, compared to brush DC motor, the mechanical friction less, the structure is more simple, more stable operation. Not only that, in the 21st century, with the rapid development of permanent magnet materials, material diversification makes the brushless DC motor body quality more high-end, volume and weight optimization is huge. Permanent magnet material is mainly used in the production of brushless DC motor rotor magnet, the resulting permanent magnet brushless DC motor began to enter the people's attention. More and more permanent magnet brushless DC motors are used in life, medical and transportation and even aviation, microelectronics and other industries.

 In order to construct a reasonable model of brushless DC motor control system, this paper first analyzes and verifies according to the required formula, and then constructs the modules through the understanding of the formula in Matlab software, and then analyzes the whole motor system , Introduced in detail the control system ontology, current hysteresis, back EMF and other modules. And then through the simulation of the motor model, the simulation results are obtained. Finally, the data are analyzed to prove the feasibility of the model.

Key Words：Brushless DC motor; Modeling; Simulation; Current hysteresis;Matlab

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 2

1.1 课题背景 2

1.2无刷直流电机的发展现状 2

1.3本课题的研究内容 3

第2章 无刷直流电机的工作原理 5

2.1无刷直流电机的结构与原理 5

2.2三项绕组无刷直流电机控制主回路的基本类型 9

2.2.1 控制主回路介绍 9

2.2.2各个控制方案的介绍和比较 10

第3章 无刷直流电机控制系统数学模型的建立 13

3.1 无刷直流电机的基本方程 13

3.1.1绕组电压方程（基尔霍夫电压定律） 13

3.1.2电磁转矩方程 14

3.1.3电机运动方程 14

3.2 无刷直流电机本体模块的建立 15

3.2.1 中性点模块 15

3.2.2 反电势模块 15

3.2.3 转矩计算模块 17

3.3 驱动系统建模 17

3.3.1位置检测模块 17

3.3.2参考电流模块 18

3.3.3电流滞环模块 18

3.3.4电压逆变模块 20

第4章 仿真结果与分析 22

4.1 参数设置 22

4.2 仿真环境输出值设定 22

4.3 仿真输出波形 23

结 论 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 课题背景

无刷直流电机在现代机械电子学中占有一席之地。无刷直流电机是由日本学者于2005年发明并申请专利的，价格方面比起以前的有刷电机要高，但其凭借它的巨大优势，迅速进入了各国的研究内容之中。在其进入中国以后，轮船、汽车、家电等行业立马发现这个“新宠儿”，各行各业都对其加以重视，至今为止，无刷直流电机不可谓发展不迅速。无刷电机已经超越了传统直流电机，取消了碳刷和滑环结构，具有优异的转矩特性，而且中、低速转矩性能好，启动转矩大且启动电流小、过载能力强、无级调速，调速范围广。相比于一万个小时寿命的有刷电机，无刷直流电机具有更多的使用寿命。从成本角度考虑，无刷直流电机没有励磁和碳刷损耗，更加的节能，最高可以节省有刷电机40%的电，从长久考虑，无刷直流电机具有更高的性价比，而且近年来，政府的节能环保的政策也在保证着无刷直流电机顺利的发展。在可见的未来，有刷电机将会退出市场被无刷电机全面取代。

交通工具领域是应用无刷直流电机的主战场之一，就拿电起动摩托车的例子来说，摩托车所使用的电机有两种，为起动电机和磁电机。起动电机就是之前所说的永磁直流电动机，这种电机工作时由于转度快，需要在曲轴上安装减速装置和超越离合器；不同于启动电机，在磁电机内部转子与曲轴直接相连。这两种电机，不但结构复杂，而且存在很多问题，比如超越离合器打滑时会严重影响摩托车的正常起动，起动电机电刷磨损严重，需要经常维护^[1]。此时无刷直流起动磁电机则是将两种电机的优点结合，将曲轴上的超越离台器和减速机构去除，不但简化了电机的结构，保证了电机更加稳定的运行，这种电机将成为今后研究的重点对象。