基于分段电流控制的无刷直流电机系统仿真

　　无刷直流电机由于体积小、结构简单、可靠性高、输出转矩大、动态性能好等特点而得到了越来越广泛的应用。由于bldcm自身特点所产生的转矩脉动，大大降低了其控制的准确性，同时，开关管、微处理器的应用也提高了bldcm系统的成本。所以，人们长期关注于如何提高bldcm的控制性能和降低系统成本，并在工程实践中努力达到两者之间的平衡。文献[1]中提出了电流模型数字控制bldcm的方式，避免了传统数字控制方式大量的计算，从而降低了工程实现的难度和成本，也更适合于大规模集成电路内嵌该种数字控制策略，在对控制精度要求不高的领域有着广泛的应用前景。

　　电流模型数字控制是将 bldcm看作一个纯粹的数字系统，通过比较实际速度和给定速度的大小来选择合适的状态，来达到控制转速或转矩的目的。如果调速的范围过大，产生的转速脉动必然加大，系统的性能受到影响。通过将调速范围分成n段，提高速度采样频率，能够有效的减小转速波动，达到较好的控制效果。这种改进后的电流控制，除了具有原来控制方式的优点外，还具有较高的控制精度。

　　电流模型数字控制概述

　　电流模型数字控制是将 bldcm作为一个只有两个预设状态的数字系统。状态-1(s-1)和状态-2(s-2)分别代表系统的高电平和低电平，相电流为系统的状态变量。s- 1(对应相电流ih)作用于系统的效果为最高速度ωh，s-2(对应相电流il)作用于系统的效果为最低速度ωl。实际转速ω与给定转速ω*(相比较 ωl<ω*<ωh)比较后选择合适的状态:

　　当ω<ω*时，选择s-1

　　当ω>ω*时，选择s-2

　　图1　电流模型数字控制策略系统示意图

　　如图1所示，数字控制器在每个采样周期内根据实际转速与给定之间的关系判断系统所应处于的状态并选择相应的相电流值，电流滞环控制器根据状态变量(相电流 )的值来控制门极驱动信号输出，进而控制换相电路，使主电路达到相应的相电流值。

　　bldcm的电磁转矩[2,3]为:

　　式中，te为电磁转矩，ea、eb、ec为a、b、c相反电动势，ia、ib、ic为a、b、c相相电流，kt为电磁转矩常数。电流模型数字控制器选择不同的状态，相应的bldcm相电流值也发生改变，由式(1)可知，其产生的电磁转矩也发生相应的变化，电动机的转速也跟着改变，相电流状态切换与转速之间关系如图2所示。

　　图2　相电流状态切换与转速关系示意图