航空高速雙繞組無刷直流電機的建模仿真
付永領， 肖琳琳， 齊海濤， 劉和松
（北京航空航天大學，北京100191）
摘要：為了研究航空高速雙繞組無刷直流電機( dw-bj,dcm)的工作特性和各種控制策略的合理性，利用simulink和電氣系統(tǒng)模塊庫相結合，采用模塊化的方法，對dw-bldcm調速系統(tǒng)進行了建模和仿真。該方法針對帶斬波的脈寬調制( pwm)逆變器驅動高速dw-131,dcm建模分析的難點，將電機的數學模型與電路拓撲模型相結合，從而有效地解決了帶電力電子裝置的復雜電機控制仿真問題。仿真結果符合理論分析，并給出相應的試驗結果，結果驗證了該方法的有效性和可行性，為航空高速dw-bi,dcm伺服控制系統(tǒng)的設計、開發(fā)和調試提供了一個有效的平臺。
關鍵詞：無刷直流電機；雙繞組；建模；仿真
中圖分類號：tm33文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)03-0007-06
0 引 言
新一代多電飛機研究的主要內容之一是采用新型的功率電傳作動器如電動靜液作動器取代現(xiàn)役飛機的液壓傳動機構。永磁無刷直流電動機由于具有操縱性好、高功率密度、高效率等優(yōu)點，使其在航空領域的應用成為當前的重要研究課題。目前的無刷直流電機還幣能完全滿足某些航空工業(yè)指標的要求。為進一步提高可靠性，設計人員將冗余技術引入到電機上，從而設計出了雙繞組無刷直流電機( dw-bldcm)。
由于dw-bldcm存在互感的影響，使得系統(tǒng)參數變化具有不確定性，對電機性能產生很大影響。為解決dw-bldcm非線性建模與電機性能預測問題，在matlab環(huán)境中，利用simulink和電氣系統(tǒng)模塊庫( psb)，把電機的數學模型與電路拓撲模型相溝通，采用模塊化的建模方法，構造了dw-bldcm控制系統(tǒng)的仿真模型，從而有效地解決了帶電力電子裝置的復雜電機控制仿真問題。該方法可觀性好，準確易行，便于修改，模型可以很好地反映實際系統(tǒng)的物理狀態(tài)。試驗結果與仿真結果非常接近，證明了該建模方法的有效性和可行性，為航空高速dw-bldcm伺服控制系統(tǒng)的設計、開發(fā)與調試提供了一個有效的平臺。
1dw-bldcm的數學模型
dw-bldcm采用并聯(lián)式結構。該電機的特點是定子鐵心上隔槽嵌放著兩套獨立的電樞繞組及相應的兩套位置傳感器，共用電機軸和一套定轉子。兩套三相集中繞組，星形接法，互差30度電角度，由兩套獨立的功率電子器件實現(xiàn)三相橋電路驅動。
為便于分析，假設：磁路不飽和；不計渦流和磁滯損耗；兩套三相繞組完全對稱；功率開關器件為理想元件。根據文獻[4]，可得dw-bld-cm的電壓平衡式為：
其中，兩套定子繞組上的相電壓矢量璣、相電流矢量，s和反電動勢矢量e分別為：
式中，下標a1、b1、c1和a2、b2、c2分別代表通道1的繞組a1、b1、c1和通道2的繞組a2、b2、c2；m30、m120、m150、m270分別為相位差30度、120度、150度和270度電角度的二相繞組間的互感，la為相繞組自感；r為相電阻。
電磁轉矩為：
機械運動方程為：
式中：te，tl——分別為電磁轉矩，負載轉矩；
j，b——分別為轉動慣量，粘滯摩擦系數；
ω——轉子機械角速度。
2 dw-bldcm伺服系統(tǒng)仿真模型
dw-bldcm伺服控制系統(tǒng)見圖l，系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制結構。在matlab中，利用simulink和psb相結合，采用模塊化的方法，構造出dw-bldcm伺服系統(tǒng)仿真模型，整體結構見圖2。 |
