无刷直流电机

这个例子展示了一个无刷直流电机(即伺服电机)的系统级模型是如何基于数据表信息构建和参数化的。电机和驱动器被建模为一个单一的蒙面子系统。如果在Simulink®中查看模型，选择Moto万博1manbetxr和驱动器块，并键入Ctrl+U查看掩码下的模型结构。

这个模型的无刷直流电机使用一个标准配置。内部反馈回路控制电流，外部反馈回路控制电机转速。速度需求由Vref引脚上的电压设定，电机方向由Vdir引脚上的电压设定。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。

在这个型号中，速度要求设置为2V，相当于40000转/分。一秒后，Vdir引脚设置高，电机转至- 40000转。在2秒，制动销Vbrk设置高，电机减慢到零转速。无刷直流电动机的效率计算为机械功率输出与电力功率输入之比。因此，由于转子惯性，它可以暂时超出0到100%的范围。

无刷直流电动机的制造商数据表给出失速力矩为0.44mNm，最大允许速度为10万转/分钟，机械时间常数为5ms，转子惯性为0.005gcm^2，效率为41%在0.23mNm和4万转/分钟，空载电流为22mA，标称电压为12V。时间常数是基于使用制造商的电机驱动器使用块整流。电机驱动器可以配置，当速度参考电压在其最大值+5V时，命令速度为100,000rpm。

电机和驱动器子系统中的伺服电机模块用于建模内部电流反馈回路，并进行机电平衡。对于系统设计，通常不需要建模由电机驱动器控制的电流开关，而要确保正确的转矩-速度特性和从直流电源获得的电流。最大转矩值的矢量实际上是由最大驱动器电流决定的。电机驱动器通常有一个最大电流设置，该设置应与最大额定电机转矩相匹配，或者如果电机超过规定，将施加到负载上的最大转矩。在这里，最大转矩值的矢量被设置为马达的失速转矩，最高转速为10万转/分钟。假设系统中使用的电机和驱动器将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。

假定电动机的电损失由两项组成。第一个是与负载无关的固定损耗，它被计算为Vcc*I0，其中Vcc是标称电源电压，I0是驱动电源的空载直流电流。注意，如果使用块整流，对于这个例子所基于的驱动器，I0将是一个通电相绕组电流的两倍。第二个损耗项与电机瞬时绕组电流的平方成正比。这可以近似地表示为与平均扭矩的平方成正比的一项。这两个损失项是由伺服电动机块实现的。

有三个电机和驱动器掩码参数必须调整以匹配数据表的值。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，数据表给出的空载时间常数为5ms。一个典型的经验法则是，内部控制循环应该比外部循环至少快10倍。这意味着电流控制器的时间常数为0.5ms。设置这个值后，比例项就会增加，直到速度时间常数大约为5ms。然后在负载下执行速度步长时设置积分增益，并增加积分增益，直到5毫秒量级的稳态误差消除。在没有负载的情况下，需要对两个增益进行一些微调以恢复5ms的上升时间。