无刷直流电机控制系统的设计方案

如图2所示，BLDCM控制系统采用双闭环控制：速度环采用PI控制，电流环采用电流滞环比较器。将图2所示控制系统分割成各个独立的子模块，其中主要包括：

BLDCM本体模块、参考电流模块、电流滞环控制模块、电压逆变模块、速度控制模块、转矩计算模块。将各个模块进行有机的整合，即可建立BLDCM控制系统的仿真模型，如图3所示。

3.1 BLDCM本体模块

在整个控制系统中，BLDCM本体模块是最重要的部分，该模块根据BLDCM电压平衡方程式(2)求取BLDCM三相相电流，控制框图如图4所示，由电压平衡方程式(2)可得，要获得三相相电流ia、ib、ic,必需首先求得三相反电动势ea、eb、ec.在BLDCM建模过程中，获得理想的梯形波反电动势波形是一个关键的问题。目前求取反电动势常用的方法有：(1)有限元法;(2)傅里叶变换法;(3)分段线性法，如图5所示，将一个运行周期分为6个阶段，每60°为一个换相阶段，每一相的每个运行阶段都可用一段直线来表示，根据某一时刻转子位置和转速信号，确定该时刻各相所处的运行状态，通过直线方程即可求得反电动势波形。分段线性法简单易行，且精度较高，能够较好的满足仿真建模的设计要求。因此采用分段线性法建立梯形波反电动势波形。

根据图5可以推得转子位置和反电动势之间的线性关系，如表1所示，从而采用分段线性法，解决了在BLDCM本体模块中梯形波反电动势的求取问题。

3.2 电流滞环控制模块

$电流滞环控制模块的作用是实现滞环电流控制，输入三相参考电流以及三相实际电流，输出为逆变器控制信号，模块结构框图如图6所示。将实际电流和参考电流之间的偏差与滞环比较器的环宽进行比较，对应相导通或关断。选择适当的滞环比较器环宽，即可使实际电流波形不断跟踪参考电流的波形，实现电流闭环控制。

k为系数，Pos为位置信号，w为转速信号。