无刷直流电机

这个例子展示了一个系统级模型的无刷直流电机(即伺服电机)可以构建和参数化基于数据表信息。电机和驱动器被建模为一个单独的屏蔽子系统。如果在Simulink®中查看模型，选择电机和驱万博1manbetx动器块，并输入Ctrl+U查看掩模下的模型结构。

该模型的无刷直流电机使用标准配置。内部反馈回路控制电流，外部反馈回路控制电机速度。速度需求由Vref引脚处的电压设定，电机方向由Vdir引脚处的电压设定。如果电压在Vbrk引脚走高，然后Vref被覆盖和速度需求设置为零，以实现制动行动。

在这个模型中，速度需求被设置为2V，相当于40000 rpm。一秒钟后，Vdir销设置高，电机反向到- 40000 rpm。在2秒，制动销Vbrk设置高，电机减慢到零rpm。无刷直流电动机的效率计算为输出机械功率与输入电力的比值。因此，由于转子惯性，它可以暂时超出0到100%的范围。

制造商数据表为无刷直流电机给出的失速扭矩为0.44mNm，最大允许转速为100,000rpm，机械时间常数为5ms，转子惯性为0.005gcm^2，效率为41%在0.23mNm和40000 rpm，空载电流为22mA和额定电压为12V。时间常数是基于采用块整流的制造商电机驱动器。电机驱动器可以配置，以便当速度参考电压是在其最大的+5V，命令的速度是100,000rpm。

在电机和驱动子系统中的伺服电机块被用来建模内部电流反馈回路，加上平衡机械和电气功率。对于系统设计，通常不需要对由电机驱动控制的电流开关进行建模，而要确保正确的转矩-速度特性和直流电源输出的电流。最大转矩值的矢量实际上是由最大驱动电流决定的。电机驱动器通常有一个最大电流设置，该设置应与电机的最大额定转矩匹配，或者如果电机超过规定，则施加到负载上的最大转矩。在这里，最大扭矩值的矢量被设置为电机失速扭矩高达并超过10万转/分钟的最大速度。假设电机和驱动器使用的系统将负责确保电机不会因在高扭矩和转速组合下运行太长时间而过热。

假定电动机的电损耗包括两个项。第一个是独立于负载的固定损耗，计算为Vcc*I0，其中Vcc为额定电源电压，I0为从驱动电源提取的空载直流电流。注意，如果使用块换向，对于这个例子所基于的驱动器，I0将是通电相绕组中电流的两倍。第二损耗项与电机绕组瞬时电流的平方成正比。这可以近似地表示为与平均转矩的平方成正比的项。这两个损失项由伺服电机块实现。

有三个电机和驱动器掩模参数，必须调整以匹配数据表值。这些是速度反馈控制器的比例增益和积分增益，以及内环电流控制器的时间常数。这里，数据表给出了空载时间常数为5ms。一个典型的经验法则是，内部控制回路的速度至少要比外部回路快十倍。这意味着电流控制器的时间常数为0.5ms。设置好这个值后，比例项就会增加，直到速度时间常数大约为5ms。在负载下执行速度步进时，应该设置积分增益，并增加到稳态误差以5ms的顺序消除。然后需要对这两个增益进行一些微调，以恢复空载下的5ms上升时间。