利用Simulink®進行電力電子控制設計

BLDC馬達控制

電子換相馬達(即”無刷”馬達)比機械換相馬達(即”有刷”馬達)提供了更高的電效率和扭矩重量比(torque-to-weight ratio)，因此愈來愈受歡迎。無刷直流 (BLDC) 馬達通常被定義為一種永磁同步馬達(PMSM)，因採用集中式定子繞組，會產生梯形反電動勢。這是它有別於其他 PMSM 馬達的地方，後者因採用分散式定子繞組，產生的是正弦反電動勢。

無刷直流馬達通常使用梯形控制，不過也會使用磁場導向控制。而PMSM馬達通常只會使用磁場導向控制。梯形BLDC馬達控制技術比起磁場導向控制相對簡單；這種方式一次只會有兩相通電，只需要一個PID控制器來進行力矩的控制，而且，與磁場導向控制不同，它不需要利用克拉克和派克轉換來進行座標的轉換。

馬達控制工程師在透過梯形方法設計BLDC馬達控制器時，會需要執行以下幾項任務：

• 為內部電流/電壓迴圈開發使用單一PI控制器的控制器架構
• 為選擇性的外部速度和位置迴圈開發PI控制器
• 調整所有PI控制器的增益以滿足性能方面的要求
• 設計PWM控制
• 設計故障偵測和保護邏輯
• 驗證和檢驗控制器在不同運作條件下的性能
• 在微控制器上實現定點或浮點控制器

使用Simulink進行BLDC馬達控制設計可以幫助你利用多速率模擬來設計、調整、及驗證控制演算法，並且在硬體測試之前偵測和修正馬達在整個操作範圍內的錯誤。透過Simulink的模擬，你可以減少原型測試的次數，並且驗證控制演算法在無法透過硬體進行測試的故障條件下的穩健性。你可以：

• 建立具有梯形或任意反電動勢的BLDC馬達模型
• 建立電流控制器、速度控制器、以及調節器模型
• 建立轉換器的電力電子模型
• 利用像是波德圖(Bode plot)和根軌跡等線性控制設計技巧，以及PID自動調整等技巧來調整BLDC馬達控制系統增益
• 建立啟動、關閉、和錯誤模式模型，以及設計降額和保護邏輯來確保安全運作
• 設計I/O通道的訊號調節與處理演算法
• 執行馬達和控制器的閉合迴路模擬來測試系統在正常與異常運作情境下的性能表現
• 自動產生ANSI、ISO、或針對處理器優化的C程式碼和HDL，來進行快速的原型化、硬體迴圈測試、生產實現。