摘    要
从直流电机的基本原理出发，分析了永磁无刷电机的电磁关系，着重推导了电机的电磁力矩和反电动势的一般表达式，在此基础上建立了永磁直流无刷电机的电路模型。在分析了直流无刷电动机的数学模型的基础上，建立了基于平台Matlab/Simulink下的直流无刷电动机的仿真模型，并且从仿真结果中证实了该模型具有计算稳定，执行效率高的优点。
本论文主要包括以下部分：
1、 直流无刷电动机的基本结构、基本工作原理，其运行特性和各组成环节。
2、 直流无刷电动机的基本方程和数学模型和双闭控制系统的动态结构。
3、 直流无刷电动机基于Matlab/Simulink环境下的仿真，及其结果分析。
 仿真结果表明，基本是达到了课题设计的目的和要求，同时学到了很多相关知识。

关键词：永磁无刷电机；电路模型；电磁转矩；反电动势；直流电机

ABSTRACT
The model for Permanent Magnet Brushless DC Motor(PMBDCM) was introduced. Based on the principle of DC motor and the distribution of the machine in the magnetic field, the electromotive force were developed in details. This contributed to a novel circuit model of PMBDCM with neutral terminator. Under the base of the mathematics model of the PMBDCM, we can establish the simulation model under the platform of Matlab/Simulink. And we can verify the stability of the circuit model and its efficiency by the simulation result.
This thesis includes several following parts:
1. the basic structure and basic principle of its work, and the characteristic of its running.
2. the basic equation and math model of Brushless DC Motor, and double closed loop control system.
3. the emulator of Brushless DC Motor under the platform of Matlab/Simulink, and the analyse of the result.
The result of emulator shows that the emulator can meet request of this assignment, and in these days I learn a lot of correlation knowledge.

Key words: brushless DC motor; circuit model; electromagnetic torque; back electromotive force; DC motor

目    录

第1章 绪论 1
1.1 直流无刷电动机的现状及其特点 1
1.2 直流无刷电机背景 3
1.3 课题来源、研究内容、目的和意义 4
第2章 直流无刷电动机的原理及应用 6
2.1 直流无刷电动机的构成与基本原理 6
2.2 三相绕组直流无刷电动机主回路的基本类型 11
2.3 直流无刷电动机控制系统中的PWM控制器 13
2.4 直流无刷电动机应用的简介与应用实例 17
2.5 本章小节 19
第3章 直流无刷电动机的数学模型 20
3.1 直流无刷电动机的基本方程和数学模型 20
3.2 直流无刷电动机控制系统动态数学模型的建立 25
3.2.1 直流无刷电动机的动态结构图 26
3.2.2  PWM控制器的动态结构图 26
3.2.3 速度与电流检测环节 27
3.2.4  PI调节器及其动态结构图 27
3.2.5 双闭环速度控制系统的动态结构图 28
3.3 本章小节 29
第4章 直流无刷电动机的MATLAB下仿真 30
 4.1 电流环的设计与MATLAB下仿真 30
4.2 速度环的设计与MATLAB下仿真 34
4.3 位置环的设计与MATLAB下仿真 42
4.4 直流无刷电动机控制的MATLAB仿真 46
    4.5 本章小结 50
结论 51
参考文献 53
致谢 54
 
第1章 绪论
1.1直流无刷电动机的现状及其特点
多年以来，在高性能的运动控制系统中一直都是采用直流电动机调速系统，因为直流调速系统具有线性的机械特性，并且还具有起动力矩大、调速精度高、调速范围宽，以及控制结构简单等优点。但是由于直流电动机使用了电刷和机械换向器，因此它也存在着难以克服的弱点，这就是需要经常地进行维修检查和更换电刷，其可*性差，并且维修困难，不能在恶劣的环境中使用，换向时还会产生电火花，这些对于工作条件要求越来越高的现代工业国防体系，其应用受到了极大的限制。普通交流电动机虽不存在这方面的不足，但普通交流调速系统却又没有直流调速系统的上述优点。
20世纪80年代以后，随着电力电子技术、微电子技术和现代电机控制理论的发展，使得交流调速系统也逐步具备了宽调速范围、高调速精度、快速动态响应以及四象限运行等良好的技术性能，其取代直流调速系统已成为必然的发展趋势。交流调速系统一般说来由同步电动机调速系统和异步电动机调速系统两大部分组成。但是近年来，永磁同步电动机特别是稀土永磁同步电动机因其突出的优点而在中、小功率电气传动系统中获得了广泛的应用。其中具有梯形波反电势的永磁同步电动机，常被称为直流无刷电动机(即方波电动机)；而具有正弦波反电动势的永磁同步电动机，则被称为正弦波永磁同步电动机。由于直流无刷电动机的定子电流为方波驱动，它相对于正弦波永磁同步电动机的正弦波驱动来讲，在相同的条件下逆变器获取方波要比正统的成熟设计经验。 稀土永磁直流无刷电动机控制系统是随着稀土永磁电动机和电力
(3) 与异步电动机调速系统比较:其控制方法简单，功率变换器不必为电机提供无功功率，并且电机转子无励磁、效率高、低速性能好。
(4) 与一般变频调速的同步电动机比较:它不存在失步问题，并且提高了动态性能，而与采用矢量控制的同步电动机相比，其控制结构简单，便于工程化。
综上所述，直流无刷电动机既具备交流电动机结构简单、工作可*、维护方便、寿命长等优点，弦波容易得多，永磁直流无刷电动机更赢得了人们的广泛关注。
电子技术的发展而不断完善发展的，它主要具有以下的优点:
(1) 稀土永磁直流无刷电动机出力大、重量轻、体积小、效率高并且转动惯量小，目前已成为高性能驱动场合的理想伺服电动机。
    (2) 与直流调速系统比较:直流无刷电动机无电刷和机械换向器、工作可*、无电火花产生，同时它又具有类似于普通直流电动机的调速性能。由于直流无刷电动机的调速原理与普通直流电动机的相同，再加上其控制也比正弦波永磁同步电动机简单，因此，稀土永因此由它们组成的调速系统也较为类似，在直流无刷电动机调速系统中可以借鉴普通直流调速系也具备普通直流电动机运行效率高、转矩大、调速方便、动态性能好等优点，同时克服了普通直流电动机机械换向所引起的电火花干扰，维护难等诸多缺点，它综合了直流电动机和交流电动机的优点，是新一代电气传动的发展方向之一。
正是由于直流无刷电动机的诸多优点，使得直流无刷电动机的应用领域越来越广阔，例如信息产业领域里的计算机硬盘驱动器、光盘驱动器、打印机等，还有汽车行业、武器装备与航空、航天领域，以及工业自动化等领域，特别是在高精度雷达天线伺服驱动系统等领域，越来越多地利用直流无刷电动机来做伺服驱动执行元件。
直流无刷电动机，按照它们的工作特性，基本上可以分为两大类：(1) 具有直流电动机特性的直流无刷电动机
这类电动机由直流电源供电，借助位置传感器来检测主转子的位置，所检测出的信号去触发相应的电子换向线路以实现无接触式换流。很显然，这

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