无刷直流电动机

此示例显示了无刷直流电动机（即伺服电机）的系统级模型如何基于数据表信息来构建和参数化。电机和驱动器被建模为单个蒙版子系统。如果在Simulink®中查看模型，请选择电机和金宝app驱动程序块，然后键入Ctrl + U以查看掩码并查看模型结构。

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。

在该模型中，速度需求设置为2V，其对应于40,000rpm。在一秒钟之后，VDIR引脚设定为高，电机向-40,000RPM反转。在2秒时，制动销VBRK设置为高，电机减速至零RPM。无刷DC电动机的效率计算为机械电源与电力的比率。因此，由于转子惯量，它可以在0到100％范围内瞬时出现。

无刷直流电机的制造商数据表使失速扭矩为0.44mnm，最大允许速度为100,000rpm，机械时间常数为5ms，转子惯量为0.005gcm ^ 2，效率为0.23mnm和40,000 0050,000rpm，没有-12MA和标称电压为12V的电流。时间常数是基于使用使用块换向的制造商电机驱动器。可以配置电机驱动器，使得当速度参考电压最大+ 5V时，命令速度为100,000rpm。

电机和驱动器子系统中的伺服电动机块用于模拟内部电流反馈回路，以及平衡机械和电力。对于系统设计，通常不需要模拟电动机驱动器控制的电流切换，而确保从直流电源汲取的正确扭矩速度特性和电流是。最大扭矩值的矢量在实践中由最大驱动器电流确定。电机驱动器通常具有最大电流设置，应与最大额定电机扭矩匹配，或者如果电机过度指定，则要将其施加到负载的最大扭矩。这里，最大扭矩值的矢量设定为高达和超过100,000rpm的最大速度的电机失速扭矩。假设是使用电动机和驱动器的系统将注意确保电机在高扭矩和速度组合时运行太长而不会过热。

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。