浙江理工大学本科毕业设计（论文）

中：

Tm：电机的负载转矩输入端口。

A，B，C：电机的三相绕组的连接线，电气属性。

m：电机的各参数信号的输出总线，可以用Bus Selector模块选择所需要的信号。

文献[15]中详细介绍了如何从构建BLDC的数学模型开始，构造出BLDC的

Simulink仿真模型。 3.3.2 控制器逆变电路模型

控制器逆变电路的建模，采用了Simulink内置的Universal Bridge 模块来构

造。模块外形如下图3-2所示。

图3-2 Universal Bridge 模块

这个Universal Bridge 模块，内置了几乎所有的三相桥型逆变器电路，如GTO,

IGBT, MOSFET逆变桥。其MOSFET-Diode理想开关逆变桥电路原理图如下图 3-3所示。

图3-3 Universal Bridge 模块内置的MOSFET-Diode理想开关逆变桥原理图

模块参数设计如下：

桥臂数（Number of Bridge arms）：

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可以选择构造1、2、3个独立的桥臂。

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缓冲电阻Rs（Snubber Resistance Rs）：

MOSFET的缓冲电阻（Ω）。将此参数设置成inf可以移除此电阻。

缓冲电容Cs（Snubber Capacitance）：

MOSFET的缓冲电容（F）。将此参数设置成0可以移除此电容。

电力电子器件（Power electronic device）：

选择一种电力电子器件来构造逆变桥。

导通电阻（Ron）：

所选用器件的内部导通电阻（Ω）。

设定好模型的各参数后，模型会有g，A，B，C，+，- 这6个接口。其中：g端口是逆变桥的门极输入向量，其元素排列顺序如下：[Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6]；A，B，C端口是三相桥各桥的输出端口，有电器属性；+，- 端口是逆变桥的电源接口，有电器属性。

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3.3.3 控制器控制算法建模

上一节的控制算法已经分析了，控制器所要完成的任务和如何完成这些任

务。而在下面开始介绍如何用Simulink建模来实现这些控制任务。其中为简化仿真模型，只是进行了控制算法逻辑级的仿真，而没有实现控制器物理级的仿真。 3.3.3.1 任务1：电机转速控制?用PWM控制驱动各相绕组的电压大小

在这不进行从555芯片生成描述目标转速大小这个模拟量的PWM波，和

CPLD读取这个PWM获得目标转速大小的过程。而直接用一个0～1的常量（constant）模块指定目标转速这个模拟量的大小。

而对于CPLD内部用于产生驱动逆变桥MOS管PWM信号结构的仿真，采

用了Simulink内置的PWM Generator模块生成，如下图3-4所示：

图3-4 MOS管门极驱动用PWM生成器

其内部结构如下图3-5所示：

图3-5 MOS管门极驱动用PWM生成器结构

其中生成的PWM波的周期可在PWM Generator模块的参数设定选项卡内设

定。PWM的占空比由常量模块Ratio of Power设定，0～1对应0～100％PWM占空比。

在获得与电机目标转速大小相适应的PWM后，可通过‘AND’逻辑加载到逆

变桥的门极驱动信号上，如下图3-6所示：

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图3-6 把PWM波加载到门极驱动信号上的模块

其内部结构如下图3-7所示：

图3-7 把PWM波加载到门极驱动信号上的模块构成

其采用上端MOS PWM调制，下端MOS 全导通，并用MOS自带的反向二

极管续流的方式，实现对电机各相电压的PWM调压控制。

3.3.3.2 任务2：电机正反转控制?与电机转子位置相适应的绕组正反向旋转磁场

CPLD通过控制逆变电路上MOS管的开关，来相应控制电机各相的导通。

而不同的导通顺序，决定了三相绕组所产生的旋转磁场的方向。

电机三相霍尔输出与正转电磁场相对应的三相绕组的真值表的建模，如下图 3-8所示：

图3-8 正转电磁场的逆变桥门控逻辑

其内部结构如下图3-9所示：

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