基于调节理论的无刷直流电机反馈控制与仿真

李璀璀　郑国庆　王浚宇

摘  要：无刷直流电机是随着电力电子器件的发展而成熟起来的一种电机。文章通过MATLAB构建无刷直流电机的数学模型，并对反馈控制进行了仿真。根据外部扰动的有无，分别验证了系统的控制效果。在参考输入已知，没有外部扰动的情况下，电机转子的角速度跟踪误差随时间渐近趋于零;在有外部扰动时，转子角速度逐渐跟上了参考输入，跟踪误差随时间趋近于零。仿真结果表明，基于调节理论的无刷直流电机反馈控制保证了系统良好的跟踪性能，并具有一定的抗扰动能力。

关键词：无刷直流电机;调节理论;反馈控制;MATLAB

中图分类号：TP273  文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）17-0043-04

Abstract： Brushless DC motor is a kind of motor gradually maturing with the development of power electronic devices. In this paper， the mathematical model of brushless DC motor is constructed by MATLAB， and the feedback control is simulated. The control effect of the system is verified according to the presence or absence of external disturbance. When the reference input is known and there is no external disturbance， the angular velocity tracking error of the motor rotor asymptotically approaches zero with time; when there is external disturbance， the rotor angular velocity gradually kept up with the reference input， and the tracking error approaches zero with time. The simulation results show that the feedback control of brushless DC motor based on regulation theory ensure the good tracking performance of the system and has a certain anti disturbance ability.

Keywords： brushless DC motor; regulation theory; feedback control; MATLAB

0  引  言

无刷直流电机具有交流电机结构简单，运行可靠，維护方便等特性，又具有直流电动机良好的调速性能和无机械换向器等优势[1-4]。无刷直流电机现已广泛应用于伺服控制，仪器仪表，机器人等领域[5-10]。基于此，运用调节理论进行无刷直流电机的反馈控制与仿真具有重要意义。

4  仿真

取=100，结合参考输入和外部扰动的有无分别进行仿真。仿真结果如图1所示，参考输入=100，没有外部扰动。

由图1可知，在有角速度参考输入为100，没有外部扰动的情况下，电机转速跟踪误差error随时间渐近趋于零，可知系统具有良好的跟踪性能。参考输入=100，有外部扰动。由图2可知，跟踪误差error随时间渐近趋于零，转子机械角速度velocity跟上了参考输入，系统有良好的跟踪性能和抗扰动性能。

5  结  论

本文在MATLAB平台上构建无刷直流电机的动态数学模型，设计了误差反馈控制器用以调节，并进行了仿真。仿真结果表明，在基于调节理论的无刷直流电机的反馈控制下，系统具有良好的跟踪性能和较强的抗扰动能力，可为工程实践提供一定参考。

参考文献：

[1] 张辉，韦忠朝，孙建波，等.工业风机用无刷直流电机控制与实验研究 [J].湖北工业大学学报，2011，26（1）：93-96.

[2] 倪有源，余长城，陈浩.基于端电压平均值和准滑模观测器的无刷直流电机控制 [J].电机与控制学报，2019，23（5）：34-41+50.

[3] 童宏伟，张莉萍，申景双，等.基于STM32的无刷直流电机控制系统 [J].传感器与微系统，2019，38（7）：79-81.

[4] 尹洪桥，易文俊，李璀璀，等.基于速度环模糊参数自适应PID算法的弹载无刷直流电机控制系统研究 [J].兵工学报，2020，41（S1）：30-38.

[5] 田海林，宋珂炜，董铂龙，等.基于粒子群神经网络的无刷直流电机控制方法 [J].电力电子技术，2019，53（12）：106-110.

[6] 马晓阳，米珂，杜巍，等.基于新型积分分离PID控制算法的无刷直流电机控制系统 [J].电机与控制应用，2020，47（4）：30-34.

[7] 杨晓玫，彭程，吴高峰，等.基于Matlab的无刷直流电机控制算法建模与仿真 [J].系统仿真技术，2019，15（2）：120-125.

[8] 张宁，段富海，王炳，等.无刷直流电机控制策略及程序设计 [J].软件工程与应用，2019，8（2）：89-98.

[9] QIN J H，WANG W R，LIU X . Parameter Tuning of Brushless DC Motor for Improving Control Effect with Worm Algorithm [J].European Journal of Electrical Engineering，2021，23（3）：229-235.

[10] NIU X Y，FENG G S，JIA S M，et al. Control of brushless DC motor based on fuzzy rules optimized by genetic algorithm used in hybrid vehicle [J].Journal of Computational Methods in Sciences and Engineering，2021，21（4）：951-968.

[11] KRAUSE P C，OLEG W，PEKAREK S D. Electromechanical Motion Devices [M].New Jersey：John Wiley & Sons，2012.

[12] CHERN T L，CHANG J，CHANG G K. DSP-based integral variable structure model following control for brushless DC motor drivers [J].IEEE Transactions on Power Electronics，1997，12（1）：53-63.

[13] HUANG J. Nonlinear Output Regulation：Theory and Application [M].SIAM，2004.

作者简介：李璀璀（1993—），男，汉族，江苏徐州人，助理工程师，硕士，主要研究方向：嵌入式电机控制系统;郑国庆（1980—），男，汉族，吉林通化人，高级工程师，本科，主要研究方向：嵌入式系统软硬件设计;王浚宇（1994—），男，汉族，江苏连云港人，助理工程师，硕士，主要研究方向：嵌入式系统软件设计。