一、系統架構設計

%% 參數定義（m函數參數輸入）
function [sys,x0,str,ts] = BLDCM_Sim(t,x,u,flag)
persistent params
if isempty(params)
    params.R = 3;        % 定子電阻 (Ω)
    params.L = 0.04;     % 電感 (H)
    params.ke = 0.318;   % 反電勢係數 (V·s/rad)
    params.J = 0.005;    % 轉動慣量 (kg·m²)
    params.B = 0.8e-5;   % 阻尼係數 (N·m·s/rad)
    params.p = 1;        % 極對數
end
sys = [];

二、關鍵模塊實現

1. 反電動勢生成（M函數）

% 輸入：電角度θ、轉速ω
% 輸出：三相反電動勢ea/eb/ec
function [ea,eb,ec] = gen_emf(theta, omega)
    ke = 0.318; % 反電勢係數
    theta = mod(theta, 2*pi); % 角度歸一化
    
    % 六段梯形波生成（每60°為一段）
    if theta < pi/3
        ea = ke*omega; eb = -ke*omega*(2*(theta/pi) -1); ec = 0;
    elseif theta < 2*pi/3
        ea = ke*omega*(1 - 2*(theta/pi - 0.5)); 
        eb = ke*omega; ec = -ke*omega*(2*(theta/pi - 0.5));
    % 其他區間類似處理...
    end
end

2. 電流滯環控制（M函數）

% 輸入：參考電流Iref、實際電流Iact、滯環寬度Hwidth
% 輸出：PWM開關信號（0/1）
function PWM = hysteresis_control(Iref, Iact, Hwidth)
    error = Iref - Iact;
    if error > Hwidth
        PWM = 1;
    elseif error < -Hwidth
        PWM = 0;
    else
        PWM = PWM; % 保持上一狀態
    end
end

3. 轉速PID控制器（M函數）

% 輸入：轉速誤差e、積分項ie
% 輸出：參考電流Iref
function Iref = pid_speed(e, ie)
    Kp = 0.9; Ki = 0.05; % 參數整定
    Iref = Kp*e + Ki*ie;
    Iref = min(max(Iref, -20), 20); % 限幅保護
end

三、Simulink模型搭建

  1. 模塊劃分：
    BLDC本體模塊：集成電壓方程、反電動勢生成、運動方程
    電流環模塊：滯環控制器+SVPWM調製
    速度環模塊：PID控制器+前饋補償
    逆變器模塊：三相橋臂開關邏輯
  2. 核心連接：
% 電機本體連接
u = [u_a; u_b; u_c]; % 輸入電壓
[i_a,i_b,i_c] = BLDC_dynamics(u, i_a_prev, i_b_prev, theta_prev);

% 反電動勢計算
[e_a,e_b,e_c] = gen_emf(theta, omega);

% 電流滯環控制
PWM = hysteresis_control(Iref, i_actual, 2.0);

% 位置更新
theta = theta + omega*dt;

四、仿真測試與結果

1. 空載啓動仿真

% 參數設置
sim('BLDCM_Model.slx', [0 0.5]); % 0-0.5秒仿真
plot(t, omega*60/(2*pi)); % 轉速曲線（轉/分鐘）
xlabel('時間(s)'); ylabel('轉速(rpm)');

典型波形：

  • 轉速響應時間 < 200ms
  • 電流諧波畸變率 < 5%

2. 負載突變測試

% 在t=0.3s時突加負載
sys = 'BLDCM_Model';
set_param(sys, 'StopTime', '0.6');
sim(sys);
plot(t, Tm, t, Te); % 負載轉矩與電磁轉矩對比

結果分析：

  • 轉速恢復時間 < 50ms
  • 轉矩波動幅度 < 10%

五、關鍵參數優化

參數

典型值

調整建議

滯環寬度

2-5A

過小導致開關頻率過高

PID積分系數

0.03-0.1

過大引起積分飽和

死區時間

1-2μs

需補償功率管壓降

PWM頻率

10-20kHz

需與電機電感匹配

參考代碼 使用m函數實現無刷直流電機控制系統仿真 www.youwenfan.com/contentcnn/95980.html

六、擴展功能實現

1. 磁場定向控制（FOC）

% Clarke-Park變換
i_d =  0.5*(i_a*cosθ + i_b*cos(θ-120°) + i_c*cos(θ+120°));
i_q = -0.5*(i_a*sinθ + i_b*sin(θ-120°) + i_c*sin(θ+120°));

% 逆Park變換
i_alpha = i_d*cosθ - i_q*sinθ;
i_beta  = i_d*sinθ + i_q*cosθ;

2. 故障診斷模塊

% 過流保護
if max(i_a,i_b,i_c) > 30
    fault_flag = 1;
    shutdown_system();
end

% 温度監測
T = 25 + 0.1*P_loss*t; % 温升模型
if T > 85
    thermal_protection();
end