无刷直流电机模块

构建磁悬浮飞轮用电机仿真模块是最核心的工作。首先，电机模型采用Simulink的子系统封装技术，将电机各个功能模块集成在子模型中，并通过子系统封装对话框输入电机仿真的一些重要参数。这样能增强模型整体的可读性，便于仿真前修改各种电机参数（如反电动势系数、电机极对数、导通电压；三个电流检测模块将三相绕组电流值输和三相绕组的电感和电阻等），从而可以直观地比较不同参数下BLDC系统模型的仿真结果。

其次，采用C MEX S-函数，结合各类数学逻辑、运算模块和电力电子模块实现无刷直流电机仿真模块。模块中的s-函数模块有两个输入，分别是电机速度信号和转子位置信号；9个输出，分别是三相电枢绕组反电动势信号、3个霍尔信号以及三相电压输入使能信号。电机转子在一个电角度周期内可分为6个状态，在不同状态时，S－函数输出不同的信号值，如表所示。

设置了三个CONTROLED VOLTAGE SOURSE模块，直接反映出S－函数模块输出的三相绕组反电动势；三个输入使能模块，根据S－函数模块输入使能信号，选择三相逆变桥模块输出的两相出，以便计算电机的电磁转矩、转子的转速和运行位置；最后将位置和速度信号输入给S－函数模块。

表 转子在不同电角度范围下s-函数输出信号表

永磁无刷直流电机仿真模块如图1所示。

图1 永磁无刷直流电机仿真模块

对于S－函数的实现，使用C MEX S-函数不仅执行速度加快，而且由于结合了C语言的优势，使得模块的功能更容易实现。使用MATLAB控制台中命令MEX，就可将C文件编译成能在模块中执行的二进制dll文件。具体S-函数C MEX实现如下：

／＊实现无刷直流电机三相绕组反电动势波形的C MEX函数兴／

//y为C MEX函数输出向量，分别为三相绕组反电动势，三相霍尔信号，根据表1所提供//的公式计算

函数mdllnitilizeSizes通过宏函数对状态、输入、输出等进行设置，工作向量的维数也是在这个函数中实现的，通过此宏函数可以访问S－函数中的数据结构。另外，如ssGetlnputR ealSignalP trs等许多宏函数可以通过描述该S-函数的数据结构对输入／输出进行处理。通过修改Simulink中S－函数的模板文件，可以产生由固定格式可以编译执行的MEX文件。