無(wú)刷直流電機(jī)半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真及測(cè)試

高瑾 徐秋霞 董召?gòu)?qiáng)

摘 要：研究提高無(wú)刷直流電機(jī)（BLDCM）通用性的方法，基于電機(jī)和逆變器HIL建模的原理，設(shè)計(jì)硬件在環(huán) （HIL）實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)。采用標(biāo)幺化建模方法，避免由于仿真電機(jī)的更換所造成的數(shù)據(jù)溢出；建立電機(jī)HIL模型，使用實(shí)物電機(jī)中的非理想反電勢(shì)波形，模擬實(shí)物電機(jī)的輸出；建立逆變器HIL模型，增加續(xù)流和關(guān)斷過(guò)程，適用于多種運(yùn)行狀態(tài)；最后，搭建了電機(jī)參數(shù)實(shí)時(shí)發(fā)送上位機(jī)平臺(tái)，方便電機(jī)參數(shù)的修改和實(shí)時(shí)加載，防止定點(diǎn)數(shù)重復(fù)計(jì)算，提高建模效率。將HIL平臺(tái)與全實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明，HIL實(shí)時(shí)平臺(tái)能準(zhǔn)確仿真出不同反電勢(shì)波形的BLDCM在不同控制方式下的運(yùn)行過(guò)程，在實(shí)時(shí)性、通用性和精度方面符合需求。

關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真；標(biāo)幺化建模；多種運(yùn)行狀態(tài)；非理想反電勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 351

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-449X（2018）04-0008-08

Abstract：Based on the principle of motor and inverter HIL modeling，the simulation of a brushless DC motor （BLDCM） with a hardware in the loop （HIL） is studied to improve the versatility.Firstly，the methodology of per-unit modeling that avoids data overflow caused by the change of motors enhanced the universality of the model.Secondly，non-ideal back electromotive force （EMF） shapes of physical motor was employed in the real-time BLDCM model to simulate the output of the physical motor.Next，the inverter HIL model，considering the freewheeling and shutting down process，was suitable for all types of operation conditions.Finally，a platform for delivering parameters was created to modify the motor parameters and change real-time load online conveniently，which avoid the repeated fixed point computation of parameters and improves modeling efficiency.Comparing the HIL platform and full physical experiment platform under same conditions，the results show that the HIL platform can simulate different types of operations of BLDCM with different kinds of back EMF waveforms and thus meet the requirements in terms of real-time，versatility and accuracy.

Keywords：brushless DC motor； hardware in the loop； per-unit modeling； a variety of operational status； non-ideal back EMF

0 引 言

無(wú)刷直流電機(jī)（brushless DC motor，BLDCM）以其體積小、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。BLDCM理想的相反電勢(shì)是平頂波寬度為120°的梯形波[2-3]。但是，繞組反電勢(shì)的畸變對(duì)電機(jī)的性能有很大影響[4]，BLDCM的實(shí)際反電動(dòng)勢(shì)很難實(shí)現(xiàn)理想的梯形波[5]，反電勢(shì)的實(shí)際形狀會(huì)直接影響仿真效果。因此研究電機(jī)的實(shí)際反電勢(shì)，可以提高HIL建模的準(zhǔn)確性。通用的HIL建模法有離線(xiàn)查表法，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，延時(shí)短，可以通過(guò)實(shí)測(cè)法或有限元分析法生成形狀函數(shù)查找表查找反電勢(shì)系數(shù)[6]。

與MATLAB/Simulink、PSIM等較為成熟的離線(xiàn)仿真軟件不同的是，硬件在環(huán)（hardware in the loop，HIL）用等效實(shí)時(shí)模型取代研究對(duì)象（電機(jī)與逆變器），dsPACE作為控制器使用。HIL模型的動(dòng)態(tài)性與實(shí)時(shí)性更接近實(shí)物電機(jī)的實(shí)際情況，可應(yīng)用于新算法開(kāi)發(fā)以及實(shí)驗(yàn)室難以滿(mǎn)足的極限工況甚至容錯(cuò)故障下的研究[7-9]。近些年，國(guó)內(nèi)外關(guān)于電機(jī)HIL半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的研究主要集中于提高大功率電機(jī)的通用性和建模精度兩方面。一方面，從提高電機(jī)模型的通用性來(lái)講，文獻(xiàn)[10]提出了考慮電感非線(xiàn)性的車(chē)用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)（IPMSM）的d-q軸模型；文獻(xiàn)[11]建立了考慮飽和效應(yīng)的感應(yīng)電機(jī)模型；文獻(xiàn)[12]提高了永磁電機(jī)和直流電機(jī)建模的通用性。另一方面，建立HIL模型，可以改善BLDCM的模型精度，文獻(xiàn)[13]實(shí)現(xiàn)了基于FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)列）的BLDCM的HIL建模，電機(jī)反電勢(shì)是理想梯形波；文獻(xiàn)[14]利用從靜態(tài)有限元分析（FEA）中獲得的無(wú)刷直流電機(jī)參數(shù)的查找表，根據(jù)實(shí)時(shí)相電壓信號(hào)改變無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，以提高精度，通過(guò)使用該方法，擾動(dòng)條件下的仿真性能得到提高，獲得更快的運(yùn)算速度。

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（field programmable gate array，F(xiàn)PGA）以?xún)?nèi)部硬件并行結(jié)構(gòu)和硬件電路的可重塑性，能穩(wěn)定地快速計(jì)算，超低延時(shí)[15]等特性，常作為HIL建模的載體[16]。

現(xiàn)有的半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的無(wú)刷直流電機(jī)模型計(jì)算周期一般為14 μs[14]，與之相比，本文所建立的HIL模型的數(shù)據(jù)處理兼顧了實(shí)時(shí)模型對(duì)計(jì)算速度和精度的要求，計(jì)算步長(zhǎng)為1 μs，延時(shí)為1.2 μs，實(shí)現(xiàn)了超低延時(shí)。當(dāng)前的仿真技術(shù)僅考慮理想反電勢(shì)模型[13]，而本文在FPGA上建立了考慮實(shí)際反電勢(shì)波形的BLDCM標(biāo)幺化HIL模型，包含電機(jī)和逆變器兩部分。以額定數(shù)據(jù)為基值，將電量和物理量標(biāo)幺化，將電機(jī)反電勢(shì)系數(shù)以形狀函數(shù)查找表描述，適用于不同功率等級(jí)、各種反電勢(shì)波形（正弦波、梯形波、任意波形）的BLDCM，提高通用性及改善精度。同時(shí)，與傳統(tǒng)的逆變器實(shí)時(shí)仿真只考慮上下管狀態(tài)相反的情形相比[17]，逆變器HIL建?？紤]了續(xù)流過(guò)程和橋臂上下管長(zhǎng)時(shí)間關(guān)斷的情況，利用狀態(tài)方程模擬不同工況下的端電壓輸出，更加逼近現(xiàn)實(shí)。

全文分為五部分，第一部分對(duì)標(biāo)幺化BLDCM建模進(jìn)行理論推導(dǎo)，第二部分為建模具體實(shí)現(xiàn)及分析，第三部分設(shè)計(jì)通信上位機(jī)，第四部分為實(shí)物電機(jī)和HIL模型的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，最后為結(jié)論。

1 BLDCM的反電勢(shì)形狀函數(shù)及標(biāo)幺化建模

1.1 BLDCM的標(biāo)幺化數(shù)學(xué)模型

圖 1 是BLDCM等效電路及三相全橋主電路。三相電壓方程為

在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩可分為位能性負(fù)載TL1和反抗性負(fù)載TL2。為了與真實(shí)情況相符，電機(jī)適應(yīng)n-T四象限運(yùn)行，建模加入兩種負(fù)載，在加載時(shí)考慮外部轉(zhuǎn)矩類(lèi)型，將另一種轉(zhuǎn)矩置零，如圖2所示。

對(duì)電角速度積分即可得到位置信號(hào)。輸出位置信號(hào)有三路光編信號(hào)A、B、Z，三路霍爾信號(hào)與旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)，可根據(jù)實(shí)際電機(jī)位置傳感器進(jìn)行選擇輸出。

1.2 反電勢(shì)形狀函數(shù)的獲取

要提高電機(jī)建模精度，需要獲取精確反電勢(shì)形狀函數(shù)。文獻(xiàn)[19]利用有限元分析得出電機(jī)的反電勢(shì)系數(shù)與電角度之間的關(guān)系，本文利用此方法得到反電勢(shì)形狀函數(shù)一維查找表，節(jié)約計(jì)算資源。

1.3 考慮關(guān)斷相的逆變器建模

逆變器HIL建?？紤]到兩種情況，一種是上下管狀態(tài)互補(bǔ)的情況，另一種是上下管同時(shí)關(guān)斷，包括續(xù)流和完全關(guān)斷兩種情況。

當(dāng)上下管由互補(bǔ)狀態(tài)切換到同時(shí)關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，由于負(fù)載感性電流不能突變，導(dǎo)致與開(kāi)關(guān)管方向串聯(lián)的二極管導(dǎo)通，經(jīng)歷短暫的續(xù)流過(guò)程。當(dāng)電流為正時(shí)，如圖3（a），逆變器端電壓輸出為-Udc/2-UD，當(dāng)電流為負(fù)時(shí)，如圖3（b），逆變器端電壓輸出為Udc/2+UD。

式（13）的優(yōu)勢(shì)是端電壓計(jì)算與位置信號(hào)及導(dǎo)通方式無(wú)關(guān)。考慮到漏電流及電流采樣值過(guò)零震蕩的問(wèn)題，建模時(shí)規(guī)定電流在某一區(qū)間時(shí)將其視為關(guān)斷。本文規(guī)定-0.01

2 標(biāo)幺化BLDCM的HIL建模及時(shí)序分析

系統(tǒng)建模利用Verilog硬件描述語(yǔ)言對(duì)FPGA進(jìn)行編程，利用自頂向下的流水線(xiàn)將模型模塊化，采用50MHz的同步時(shí)鐘方法完成時(shí)序匹配。

圖4是BLDCM標(biāo)幺化系統(tǒng)建模的整體實(shí)現(xiàn)框圖。輸入為6路PWM與負(fù)載轉(zhuǎn)矩。輸出為位置信號(hào)和三相電流模擬信號(hào)。

為了滿(mǎn)足時(shí)序仿真步長(zhǎng)的約束，需要在計(jì)算復(fù)雜程度和精度時(shí)做出一些折衷處理，以同時(shí)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和超低延時(shí)的需要[20]。在數(shù)據(jù)處理方面，對(duì)定點(diǎn)數(shù)的處理以Q25格式為基礎(chǔ)，考慮到電機(jī)在不同工作模式下可能造成超過(guò)額定值的狀況，所有的電量和物理量都留有16倍的冗余，防止數(shù)據(jù)溢出。

通過(guò)分析得到各模塊計(jì)算用時(shí)如表1所示。

在工程應(yīng)用中，電機(jī)控制PWM頻率一般為10 kHz～20 kHz[21]，由表1可知，從逆變器輸入六路開(kāi)關(guān)信號(hào)，到電機(jī)輸出電流和霍爾信號(hào)，計(jì)算延時(shí)1.2 μs，電流更新時(shí)間是1 μs，這些數(shù)量級(jí)遠(yuǎn)小于控制周期，滿(mǎn)足HIL的實(shí)時(shí)需求。

3 LabVIEW上位機(jī)界面設(shè)計(jì)

為了方便電機(jī)參數(shù)的輸入，避免在對(duì)不同參數(shù)建模時(shí)反復(fù)的定點(diǎn)數(shù)計(jì)算，需要建立一個(gè)較人性化的定點(diǎn)數(shù)計(jì)算系統(tǒng)與FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。本文利用LabVIEW的圖像化語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了BLDCM硬件在環(huán)參數(shù)發(fā)送上位機(jī)程序，同時(shí)利用FPGA內(nèi)部軟核建立Nios II工程，利用較便捷的C程序開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)參數(shù)通信。

該界面主要包括以下四個(gè)部分：

1）電機(jī)參數(shù)發(fā)送：實(shí)現(xiàn)電機(jī)參數(shù)標(biāo)幺化和定點(diǎn)化，在上位機(jī)上輸入電機(jī)參數(shù)，即可完成電機(jī)參數(shù)的計(jì)算。

2）反電勢(shì)形狀函數(shù)設(shè)置：生成查找表以及顯示單個(gè)周期的反電勢(shì)系數(shù)形狀，反電勢(shì)波形可以選擇由平頂波寬度任意的理想梯形波、正弦波或從外部文件導(dǎo)入查找表。

3）轉(zhuǎn)矩設(shè)置：有反抗性負(fù)載和位能性負(fù)載兩種，選擇一種轉(zhuǎn)矩后，另一種轉(zhuǎn)矩自動(dòng)清零。

4）串口設(shè)置：設(shè)置串口。

4 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為了對(duì)比與實(shí)物電機(jī)的差異，搭建兩組實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。一組是實(shí)物電機(jī)平臺(tái)（圖5），一組是HIL平臺(tái)（圖6）。實(shí)物電機(jī)平臺(tái)包括BLDCM，磁粉制動(dòng)器、控制板、驅(qū)動(dòng)板、穩(wěn)壓電源和直流可調(diào)電壓等部分。其中穩(wěn)壓電源輸出為24 V和5 V兩路電壓，分別供電給逆變器和控制板?？刂瓢宓暮诵膯卧荄SP，型號(hào)為Freescale MC8257。HIL平臺(tái)包括FPGA開(kāi)發(fā)板、接口板、dSPACE DS1103控制器、上位機(jī)等部分。其中FPGA開(kāi)發(fā)板以型號(hào)為Altera EP3C40Q240為核心。D/A轉(zhuǎn)換芯片為AD9765。與實(shí)物電機(jī)相同，實(shí)時(shí)模型輸入為6路PWM信號(hào)，輸出為經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換的三相電流信號(hào)和三相霍爾位置信號(hào)。對(duì)實(shí)時(shí)模型的控制器為dSPACE 1103，與FPGA開(kāi)發(fā)過(guò)接口板連接，通過(guò)采集三相霍爾信號(hào)和相電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)dSPACE控制器內(nèi)部控制算法處理，輸出6路PWM控制信號(hào)。

對(duì)于反電勢(shì)為正弦波的BLDCM，采用id=0控制；對(duì)于反電勢(shì)為準(zhǔn)梯形波的BLDCM，采用不同導(dǎo)通方式的梯形波控制。在相同工況下，對(duì)比實(shí)物電機(jī)和HIL電機(jī)模型的電壓電流數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，本文逆變器建模能準(zhǔn)確模擬續(xù)流過(guò)程和不同導(dǎo)通方式下的電壓輸出。電機(jī)HIL建模在拓寬通用性的同時(shí)，具有較高的精度。同時(shí)，改變電機(jī)模型無(wú)需重新建模，只需在上位機(jī)輸入電機(jī)參數(shù)發(fā)送即可，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證HIL實(shí)時(shí)模型性能，以實(shí)物電機(jī)為原型，測(cè)試不同反電勢(shì)形狀函數(shù)能否均適應(yīng)HIL模型。兩臺(tái)實(shí)物電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)反電勢(shì)波形進(jìn)行了不同設(shè)計(jì)，一臺(tái)為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，另一臺(tái)為準(zhǔn)梯形波。實(shí)物電機(jī)的反電勢(shì)形狀函數(shù)如圖7所示。

兩臺(tái)電機(jī)除反電勢(shì)波形不同之外，其他主要參數(shù)完全相同，如表2所示。

下面進(jìn)行三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)波形的分析，驗(yàn)證建立的HIL模型的有效性。

4.2.1 正弦波電機(jī)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

反電勢(shì)為正弦波的BLDCM也稱(chēng)為隱極式永磁同步電機(jī)（permanent magnet synchronous motor，PMSM），在中小功率場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)首先對(duì)這類(lèi)電機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。由于小型磁粉制動(dòng)器的散熱能力有限，對(duì)比實(shí)驗(yàn)采用小負(fù)載和低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

將圖5上位機(jī)中反電勢(shì)形狀函數(shù)改成正弦波。完成正弦波BLDCM的HIL建模。與實(shí)物電機(jī)一致，控制方式為id=0，矢量控制逆變橋上下管狀態(tài)互補(bǔ)，開(kāi)關(guān)頻率為10 kHz，同時(shí)加入3 μs的死區(qū)時(shí)間。當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 200 r/min，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.15 N·m時(shí)，得到兩平臺(tái)下的A相電流對(duì)比波形，如圖8所示。

加入死區(qū)時(shí)間可以避免上下管重疊導(dǎo)通造成短路現(xiàn)象，但由于死區(qū)的存在，輸出電壓理論上也與負(fù)載電流狀態(tài)有關(guān)，如果不進(jìn)行補(bǔ)償，輸出電壓會(huì)產(chǎn)生一定的畸變，進(jìn)而影響輸出電流。由于實(shí)物電機(jī)控制核心DSC具有自動(dòng)死區(qū)補(bǔ)償功能，因此生成的電流波形正弦度更好。然而HIL模型控制器dSPACE 1103沒(méi)有此功能，電流會(huì)引起一定的過(guò)零緩沖。HIL平臺(tái)的電流波形有此現(xiàn)象，證明了本文逆變器建模適用于同一橋臂上下管互補(bǔ)且留有死區(qū)時(shí)間的情況。

對(duì)比電流峰值，實(shí)物電機(jī)為3.13 A。HIL模型為3.09 A，這是因?yàn)槲囱a(bǔ)償死區(qū)時(shí)，電壓有效值減小造成電流有效值略有下降。

4.2.2 梯形波電機(jī)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證更多不同導(dǎo)通狀態(tài)下的HIL模型的工況。對(duì)于反電勢(shì)為類(lèi)梯形波的BLDCM采用兩兩導(dǎo)通控制，即需要某一橋臂上下管同時(shí)關(guān)斷。實(shí)物電機(jī)控制核心為DSP，其PWM采用獨(dú)立控制即可完成此目標(biāo)，開(kāi)關(guān)頻率仍為10 kHz。而HIL平臺(tái)控制器dSPACE 1103的PWM接口輸出只有上下管互補(bǔ)狀態(tài)，因此實(shí)現(xiàn)算法時(shí)，只能采用內(nèi)部生成三角載波結(jié)合比較器生成經(jīng)過(guò)GPIO口輸出PWM脈沖。這樣會(huì)使PWM頻率有所下降（4 kHz），在相同算法下，dSPACE的控制效果不如DSP。

將實(shí)物電機(jī)換成反電勢(shì)為類(lèi)梯形波的BLDCM，同時(shí)改變HIL模型內(nèi)部的反電勢(shì)形狀函數(shù)查找表，得到相應(yīng)的BLDCM模型。

PWM調(diào)制方法使得輸出電流波形接近類(lèi)梯形波，所以本文使用PWM調(diào)制方法。根據(jù)上管或下管導(dǎo)通控制方式的不同，以及在120°導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)的PWM切換方式，PWM調(diào)制分為五種方式[22]，即H_ON _L_PWM（上管120°內(nèi)恒導(dǎo)通，下管120°內(nèi)PWM調(diào)制），H_ PWM _L_ ON（上管120°內(nèi)PWM調(diào)制，下管120°內(nèi)恒導(dǎo)通），H_ PWM _L_PWM（上下管120°內(nèi)均PWM調(diào)制），PWM _ON（上下管120°內(nèi)前60°PWM調(diào)制，后60°恒導(dǎo)通），ON _ PWM（上下管120°內(nèi)前60°恒導(dǎo)通，后60°PWM調(diào)制）。

實(shí)驗(yàn)首先測(cè)試較簡(jiǎn)單的H_PWM_L_ON導(dǎo)通方式[23]，控制實(shí)物電機(jī)和HIL系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在1 200 r/min，對(duì)電機(jī)加載相同負(fù)載，以0.1 N·m為例，用示波器采集a相橋臂上下管PWM信號(hào)、輸出端電壓和相電流信號(hào)，得到如圖9所示的對(duì)比波形。

圖9中橢圓虛框部分是逆變橋上下管的關(guān)斷過(guò)程，由于電流不能突變，需要經(jīng)歷續(xù)流到完全關(guān)斷，當(dāng)電流從負(fù)值到0時(shí)，如圖3（a）所示，此時(shí)逆變器輸出相對(duì)電源負(fù)極的端電壓為Udc+Ud≈24.6 V，略大于直流電壓，兩個(gè)平臺(tái)輸出數(shù)據(jù)相同。當(dāng)電流從正值到0時(shí)，如圖3（b）所示，逆變器輸出相對(duì)電源負(fù)極的端電壓為-Ud≈-0.6 V。當(dāng)續(xù)流二極管完全關(guān)斷后，端電壓跟隨負(fù)載電壓變化。由于a相端電壓輸出在a相反電勢(shì)的基礎(chǔ)上，同時(shí)也受b、c兩相PWM斬波變化影響，輸出電壓會(huì)在反電勢(shì)基礎(chǔ)上有一定跳變。

由圖9可知，HIL平臺(tái)準(zhǔn)確模擬了續(xù)流、斬波、逆變橋上下管完全關(guān)斷等多種情況下的電壓電流輸出。同時(shí)，兩個(gè)平臺(tái)輸出電流峰值都是2.1 A。

4.2.3 梯形波電機(jī)不同斬波方式的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在采用兩相控制模式的BLDCM眾多斬波方式在中，PWM_ON_PWM[24]導(dǎo)通方式，即在120°導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，前30°和后30°為PWM調(diào)制，中間60°部分恒通，可更平滑地完成續(xù)流。同時(shí)相比于H_PWM_L_ON，上下管開(kāi)關(guān)損耗也更均勻。在PWM_ON_PWM導(dǎo)通方式下，進(jìn)行相同的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在1 200 r/min轉(zhuǎn)速下加0.15 N·m負(fù)載轉(zhuǎn)矩。得到實(shí)物平臺(tái)和HIL平臺(tái)的實(shí)測(cè)波形對(duì)比，由圖10可知，逆變器端電壓輸出完成了各種工況的模擬，同時(shí)梯形波電流峰值均為3.05 A 。證明了HIL模型同樣適用于PWM_ON_PWM導(dǎo)通。

上述實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的HIL建模方法適用于不同反電勢(shì)波形下的不同電機(jī)。采用H_PWM_L_ON和PWM_ON_PWM這兩種導(dǎo)通方式作為對(duì)比，可以反映出更多種工況下實(shí)物電機(jī)和實(shí)時(shí)仿真模型的對(duì)比度。無(wú)論是逆變器建模還是BLDCM建模，HIL模型都很好地反映了實(shí)物電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)過(guò)程。

5 結(jié) 論

本文對(duì)BLDCM系統(tǒng)HIL半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：

1）為提高精度，須考慮反電勢(shì)的非理想形狀。本文將實(shí)際電機(jī)反電勢(shì)系數(shù)以一維查找表的形式實(shí)現(xiàn)。采用標(biāo)幺化建模方式，并留有±16裕量，保證了不同參數(shù)下BLDCM數(shù)據(jù)的正確處理。因而能實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)及各種反電勢(shì)波形的BLDCM的開(kāi)發(fā)與性能測(cè)試；

2）考慮了位能性負(fù)載與反抗性負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。

3）逆變器HIL建?？紤]到了續(xù)流和上下管同時(shí)完全關(guān)斷。

4）基于LabVIEW開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)發(fā)送、前處理即實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，方便發(fā)送電機(jī)參數(shù)以及電機(jī)實(shí)時(shí)加載，避免了定點(diǎn)數(shù)的人工重復(fù)計(jì)算。

5）HIL平臺(tái)與全實(shí)物平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比，從對(duì)比結(jié)果可知，BLDCM的HIL實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、通用性和精度方面符合需求。

參 考 文 獻(xiàn)：

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（編輯：劉素菊）