《dc永磁无刷电机调速控制》课程设计报告。
一、 课程设计目的。
1、 了解dc永磁无刷电机的内部结构和基本运行原理。
2、 掌握dc永磁无刷电机的稳态和动态模型，建立电机转速与输入电压的开环系统函数关系，为电机调速提供理论基础。
3、 学会运用**软件matlab/simulink进行模型搭建**。
4、 学会基于c8051f310平台进行程序开发，实现dc永磁无刷电机的调速控制。
二、 课程设计原理。
1、dc永磁无刷电机等效电路。
dc永磁无刷电机实质上是以梯形波pmsm为核心的自控变频同步电动机。由三相桥式脉宽调制(pwm)逆变器供电的y型梯形波pmsm的等效电路及逆变器主电路原理图如图1所示。
图1 dc永磁无刷电机等效电路图。
2、dc永磁无刷电机的稳定模型与动态模型。
为简化电机模型的建立和分析，假设：忽略磁路饱和；忽略齿槽效应；不考虑电枢反应；气隙磁场分布近似为梯形波，平顶宽度近似为120°电角度；转子上没有阻尼绕组，永磁体不起阻尼作用；忽略转子磁阻。在静止的坐标系下建立dc永磁无刷电机的数学模型，其电压方程为。
式中：，，三相输入电压；
三相定子电流；
三相电动势；
——定子每相电阻；
——定子每相绕组自感；
——定子任意两相绕组间互感。
由于定子绕组采用y接，且无中线，故有。
2）代入（1）得dc永磁无刷电机数学模型的状态空间表达式为。
不考虑换相过程及pwm波等因素的影响，当图1中的v1和v6导通时，a、b二相导通，而c
相关断，则，，，代入（3）得dc永磁无刷电机动态电压方程为。
采用pwm控制时，设占空比为，则。
其他五种工作状态均与此相同。根据电机与电力拖动基本理论可得。
式中：——电势常数；
——电磁转矩；
——负载转矩；
——极对数；
——转动惯量。
忽略负载转矩，由（4）—（8）整理并进行拉氏变换得传递函数。
dc永磁无刷电机开环系统调速控制方块图如下：
图2 dc永磁无刷电机开环系统调速控制方块图。
由传递函数和系统调速控制方块图可知，在开环控制系统一定（即电机选定）条件下，电机转子的角速度与输入电压的占空比成单值函数关系，改变电压占空比即可实现电机调速控制。
3、bly171s-24v-4000 bldc电机的内部电路。
本课程设计所使用的电机为bly171s-24v-4000 bldc电机，电机采用标准的8线设置来连接外围设备，其中有3条线连接电机三个相的绕组，另外5条线是电机内部霍尔传感器的引线，其内部电路如下图：
图3 bly171s-24v-4000 bldc电机内部电路图。
4、ly171s-24v-4000 bldc电机的单片机控制。
从电机霍尔传感器可以得到转子的位置信号，按照一定对应关系为各自的绕组通以电流，那么转子就会转起来。三相电机有六种换向状态，同时霍尔传感器也有六种输入状态，其对应关系如下图所示：
图4 绕组信号与霍尔传感器信号对应关系。
5、y171s-24v-4000 bldc电机调速电路图和单片机程序。
图5 y171s-24v-4000 bldc电机调速电路。
#include<>
int table=
void delay(unsigned char c) /该延时子程序程序延时c*0.1ms
unsigned char a,b,d;
for(d=c;d>0;d--)
for(b=1;b>0;b--)
for(a=47;a>0;a--)
void main()
while(1)
三、 课程设计结果分析。
1、**试验电机参数，。
2、dc永磁无刷电机的**。
把以上**试验电机参数代入（9）得**系统的传递函数。
利用**软件matlab/simulink搭建dc永磁无刷电机的**模型，其**模型和结果如下：
图3 dc永磁无刷电机simulink模型框图。
图4 dc永磁无刷电机模型时域响应特性。
3、dc永磁无刷电机的**结果分析。
试验电机调速模型为一二阶系统，由图4可知该系统为一过阻尼二阶振荡系统，试验电机的转速在启动后进入稳态，电机稳态转速随着输入电压占空比的增大而增大，说明改变输入电压占空比可以实现dc永磁无刷电机的调速控制。
四、 课程设计结论和展望。
本课程设计通过对dc永磁无刷电机进行建模，得出其转速与输入电压的关系为一二阶系统；利用试验电机进行**，由dc永磁无刷电机时域响应特性可知其启动平缓，无超调现象，而且上升时间较快，符合实际使用要求。
由于本课程设计**结果只针对一种特定试验电机而言，而且**过程中忽略了负载转矩的影响，因此上诉结论存在一定的局限性。
本课程设计建立的模型是针对dc永磁无刷电机调速的开环控制，为了达到更好的控制效果，可采用双闭环控制算法，即对电机的转速和电流信号进行反馈控制。
通过本课程设计，让我们动手起来，而不像以前竟停留课堂的理论学习。通过同学们分组讨论，自己设计分析，不仅提高我们的动手能力，而已最主要的是学以致用，理论联系实际。从做本课程设计的过程中了解dc永磁无刷电机的内部结构和基本运行原理，掌握dc永磁无刷电机的稳态和动态模型，建立电机转速与输入电压的开环系统函数关系，为电机调速提供理论基础。
学会运用**软件matlab/simulink进行模型搭建**。学会基于c8051f310平台进行程序开发，实现dc永磁无刷电机的调速控制。掌握电气电路的绘画及相关线路的连接，学习现代电路的**分析等。
只有动手才能印象深刻，我觉得老师这样开课很好，把实验课改为课程设计，提高了对我们的要求。而唯一不足的就是觉得这门课应该放在大三来上就好，因为那时刚好上完汽车计算机控制技术（单片机），结合单片机那样更能提高同学们的电子方面的能力。放在大四的话，同学们都忙着找工作，上课的热情都没有，更不用说会找时间自己动手去做了。
虽然同学们在找工作的过程中都知道自己在电子方面很不占优势，但是已经大四了，也很难转变了，所以同学们也就对电子方面更加不抱希望了，希望以后能提前加强对师弟师妹的电子方面的教学。通过这门课，自己不仅复习了以前的专业知识，使专业知识得到了巩固，也学到很多新的知识，在这特别感谢两位老师对我们知识的传授和辛勤的教诲。
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