大家好，今天这篇文章跟大家分享如何使用MATLAB中的Simulink来仿真观察直流无刷电机的反电动势波形。

在正式仿真之前，我们先大致了解下BLDC和PMSM电机的反电动势形状区别，无刷直流 (BLDC) 电机其实也是永磁同步电机 (PMSM)中的一种，很多人对BLDC和PMSM的概念比较模糊，因为BLDC电机采用集中式定子绕组，所以会产生梯形波反电动势。而PMSM电机采用分布式定子绕组，产生的是正弦反电动势。所以，它们之间的主要区别在于反电动势的形状。

 那么，在实际的反电动势波形测量中，我们是怎么做的呢？正确的做法是将电机的三相线断开，然后我们对电机施加一定的外力让电机旋转，那么由于转子永磁体转动，就会在定子绕组上产生感应电动势，此时我们测量三相电机的任意一相电压，就是反电动势的波形。

所以我们要仿真观察反电动势波形，同样可以得出以下思路：

1.选定BLDC电机仿真模型；

2.保持BLDC电机三相开路；

3.施加外力让电机旋转；

4.测量反电动势波形。

接下来我们根据这4个思路，一起在Simulink环境中搭建一下仿真模型。Simulink环境如下图一所示：

图一：Simulink环境图示

我们搭建模型就是从模型库中找到相应的模块，然后拖动到仿真文件中，按照仿真框图对各个模块进行连接。首先我们从模型库中找到BLDC电机模块，具体位置如下图二所示：

图二：BLDC模块路径示意图

我们将上图二所示的BLDC电机模型拖动到仿真文件中，如下图三所示：

图三：BLDC模块放置于仿真文件中

我们使用这个BLDC模块就可以来仿真查看反电动势波形，BLDC模块的左边两个端口用于电气连接，右边的两个端口用于机械连接，电气连接就是电机的三相引线及中心点，在电机控制时，就会按照一定规律给电机的三相引线施加电压，从而驱动电机旋转。而机械连接在实际应用中就是电机轴上安装负载，比如风扇、齿轮等等，那么在我们仿真中，需要人为施加一个力让电机旋转，施加的力就通过上图三中的R端给定，而C端是机械参考点，在实际仿真中，会选择一个机械参考点进行连接。

从上面的模块我们可以看出，电机的引线不是三相，这里模块默认是将三相复合起来的，我们需要将复合端口扩展为三相端口，具体做法如下图四所示（在模块上右键，根据①②③三个步骤操作）：

图四：BLDC模块放置于仿真文件中

修改为扩展端口电机模块如下图五所示：

图五：修改之后的BLDC电机模块

对于电气连接端，我们需要让a b c三个端口开路，但是在仿真环境中，端口不能悬空，所以需要接一个开路模块，开路模块的路径如下图六所示：

图六：开路模块路径

将开路模块拖到仿真文件中，因为三个端口都需要开路连接，所以我们可以拖动三个开路模块到仿真文件中，并按照要求连接，连接好之后，如下图七所示：

图七：开路模块与BLDC电机连接示意图

然后，电气连接端的n是中心点，这里我们选用一个电气参考模块进行连接，电气模块的路径跟开路模块一致，如下图八所示：

图八：电气参考模块路径示意图

同样我们把这个模块拖到仿真文件中，然后跟电机模块的端口n进行连接，连接好之后示意图如下图九所示：

图九：电气参考模块跟电机模块连接示意图

这样我们就完成了电气端口的连接，接下来我们来看下机械端口的连接，首先端口C是机械参考端口，所以我们需要找到一个机械参考模块，具体的路径如下图十所示：

图十：机械参考模块路径示意图

同样我们需要将这个机械参考模块拖动到仿真文件中，并跟电机模块进行连接，如下图十一所示：

图十一：机械参考模块与电机模块连接示意图

然后R端需要给一个力让电机轴进行旋转，那么我们可以选用一个理想的角速度源模块（扭矩源模块），这个模块可以让电机转子沿我们指定的角轨迹运动，理想的角速度源模块路径如下图十二所示：

图十二：理想角速度源模块路径

将该模块拖动到仿真文件中，并根电机模块进行连接，如下图十三所示：

图十三：理想角速度源模块与电机模块连接示意图

理想角速度模块的另外两个端口也需要进行连接，C端同样接机械参考模块，而S端是角速度轨迹给定，我们可以给定一个常量，但是该模块是一个机械模块，所以跟它的连接需要通过一个Simulink信号跟机械信号的转换模块实现，这样才能将一个常量作为机械信号给定。因此我们就需要找到信号转换模块及常量模块，Simulink信号跟物理信号转换模块如下图十四所示，常量模块路径如下图十五所示：

图十四：Simulink信号跟物理信号转换模块路径

图十五：常量模块路径示意图

这样，我们将两个模块拖动到仿真文件中，进行连接，如下图十六所示：

图十六：常量模块与理想角度源模块连接示意图

那么为了让电机模块的电机以一定的速度进行旋转，所以这里用了一个常量模块，这个常量模块的值我们可以设定为2*pi，如何修改常量模块的值呢？可以双击该模块，直接修改，参数修改如下图十七所示：

图十七：常量模块值修改

修改之后，模块变为下图十八所示：

图十八：常量模块值修改后的模型

到目前为止，基本模型就搭建完毕了，因为是仿真，我们需求对这个模型求解，因此都会对模型施加一个求解器，求解器的路径跟Simulink信号转为物理信号模块路径一致，我们找到该模块，如下图十九所示：

图十九：求解器模块路径示意图

将该求解器模块拖动到仿真文件中，并进行相应的连接，如下图二十所示：

图二十：求解器模块连接示意图

求解器模块需要进行相应的设置，要设置为本地求解器，并设置相应的仿真时间，具体的设置参数如下图二十一所示：

图二十一：求解器模块参数设置示意图

到目前为止，整个仿真模型就全部搭建好了，当然，电机模块的参数大家可以根据实际的电机手册进行设定，该仿真模型的电机模块参数设置如下图二十二所示：

图二十二：电机模块参数设置

最后，我们要观察反电动势的波形，所以需要电压测量模块、示波器，而示波器是Simulink模块，电压测量模块的输出是物理信号，所以需要将物理信号转换为Simulink信号的模块。电压测量模块的路径如下图二十三所示：

图二十三：电压测量模块路径示意图

物理信号转换为Simulink信号的模块路径如下图二十四所示：

图二十四：物理信号转Simulink模块路径示意图

示波器路径如下图二十五所示：

图二十五：示波器模块路径示意图

这样我们把需要的三个模块都加入到仿真文件中，并进行相应的连接，可以得到完整的模型：

图二十六：最终仿真模型

接下来我们需要运行仿真，这里把仿真时间设置为1，那么点击仿真按钮，最终可以得到下面所示的反电动势波形：

图二十七：仿真设置示意图

图二十八：最终仿真反电动势波形

好了，那么到目前为止，我们已经成功通过仿真能够查看到反电动势的波形了，大家可以以这篇文章做个参考，自己搭建模型实现一遍，那么本篇文章就给大家讲这么多，更多电机驱动相关的知识，可以持续关注本公众号，谢谢大家！