舵系统用无刷直流电动机仿真研究
刘松斌12，王明彦1
（1哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，哈尔滨150001
2大庆石油学院电气信息工程学院，哈尔滨163318）
摘要：文章对无刷直流电动机( bldcm)作为舵系统的原动机详细地进行了分析，建立了数学模型。并对其在速度模式下的速度伺服特性和抗负载扰动进行了详细的仿真实验。仿真实验结果表明无刷直流电动机在稳态和动态情况下具有稳态精度高、动态响应快的优良性能，完全满足舵系统的要求。
关键词：无刷直流电动机；舵系统；速度伺服；仿真
中国分类号：tm36 +1 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)05-0038_03
0引 言
舵机作为飞行器和鱼雷的执行装置，接受来自计算机送来的控制角命令，用以操纵舵面的偏转角度，从而产生一定的铰链力矩，以保持正常的姿态。用于操作舵面的伺服泵统称之为舵系统。舵系统是飞行器和鱼雷控制系统不可缺少的组成部分，伺服系统的动、静态指标直接影响控制系统的性能和击中目标的命中率。早期舵系统一般采用直流电动机作为原动机执行元件。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速。但直流电动机需电刷、机械换相装置，易产生火花、电磁干扰和噪声，从而造成飞行器和鱼雷隐蔽性比较差，同时转速不能太高，也制约了其机动灵活性和快速性。
无刷直流电动机以电子换相装置取代了直流电动机的机械换相装置，不但克服了直流电动机的缺点，而且具有运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点。在现代舵系统设计时，常采用无刷直流电动机作为舵机的原动机。
本文了建立了无刷直流电动机数学模型，并据此建立无刷直流电动机在二二导通控制方式下matlab仿真模型，给出详细的仿真实验结果并加以分析，最后给出相应的结论。无刷直流电动机的数学模型
无刷直流电动机的主电路如图l所示。输入直流母线电压为udc；vf1、vf3和vf5为p沟道mosfet，低电平导通；vf2、vf4和vf6为n沟道mosfet，高电平导通。
假设：①忽略齿槽效应；②绕组均匀分布于光滑的定子内表面，且三相绕组对称；③绕组馈电时，对气隙磁场的影响忽略不计。根据无刷直电动机的特性，得其数学模型如下：
电磁转矩方程为：
由牛顿第二定律，其运动方程为：
2 matlab仿真研究
根据式(1)~式(3)构建无刷直流电动机matlab仿真模型框图如图2所示。
仿真参数如下：直流母线电压udc= 200 v；定子绕组电阻r=2.5 ω；l-m= 11. 2 mh；转动惯量j=0．008 kg．m2；极对数np=1;负载转矩tl=2 n-m；给定转速n =500 r/min。控制方式为二导通模式。仿真结果如下：
bldcm输出的转速波形如图3所示。超调量百分之27. 4，调整时间16 ms。仿真结果可以看出，bldcm从开始起动到达稳态，响应时间快，稳态精度高。
a相绕组给定电流和实际电流分别如图4、图5所示。从仿真结果可以看出，实际电流跟随给定电流变化，电流内环跟随特性好。一般把电流内环校正为i型系统。
bldcm输出的实际转矩波形如图6所示。调整时间16 ms，电磁转矩等于负载转矩。转矩峰峰值0.4 n.m，转矩纹波是由开关管不断换相 |
