matlab仿真电机三闭环控制

### 使用MATLAB实现电机三闭环控制系统仿真

#### 1. 建立电机数学模型
为了进行三闭环控制系统的仿真，首先需要建立被控对象——电机的精确数学模型。这一步骤通常涉及定义电机的动力学方程以及参数设置。

对于无刷直流电动机（BLDC），其动态特性可以通过状态空间表示法来描述[^1]：

\[ \dot{x}(t)=Ax(t)+Bu(t) \]

其中 \( A \)，\( B \) 是由电机物理属性决定的状态矩阵；\( u(t) \) 表示输入电压向量；而 \( x(t) \) 则代表转子位置角速度等内部变量组成的列向量。

% 定义系统参数
J = ...; % 转动惯量
b = ...; % 阻尼系数
Ke = ...; % 反电势常数
Kt = ...; % 扭矩常数
R = ...; % 绕组电阻
L = ...; % 自感

A = [...]; % 构建状态转移矩阵A
B = [...]; % 输入影响矩阵B
C = eye(size(A,1)); % 输出矩阵等于单位阵I
D = zeros(size(B')); % D=0意味着没有直接馈通项
sys = ss(A,B,C,D); % 创建线性定常连续时间状态空间模型

#### 2. 设计控制器结构
针对上述所构建的电机模型，在此采用经典的PI调节器作为内环电流、中环速度及外环位置三个层次上的反馈机制之一部分组成整个多回路体系架构。具体来说就是分别对每个环节施加适当形式的比例积分作用从而达到稳定跟踪给定指令的目的。

- **电流环**：负责维持绕组内的瞬态响应平稳过渡；
- **速度环**：用于保持恒定旋转速率不受负载变化干扰；
- **位置环**：最终确保执行机构能够精准到达目标坐标处停止下来。

% PI 控制器的设计
kp_i = ...; ki_i = ...;
kp_v = ...; ki_v = ...;
kp_p = ...; ki_p = ...;

controller_current = pid(kp_i,ki_i);
controller_speed   = pid(kp_v,ki_v);
controller_position= pid(kp_p,ki_p);

feedback_inner_loop=sys*controller_current;
feedback_middle_loop=series(controller_speed,feedback_inner_loop);
overall_system     = series(controller_position,feedback_middle_loop);

#### 3. 进行仿真测试
完成以上准备工作之后就可以利用 Simulink 工具箱来进行图形化编程并观察不同工况下的表现情况了。创建新的空白项目文件(.slx), 添加必要的模块如信号源(Source Blocks)、Simscape Electrical组件库中的Motor驱动单元(Motor Drive Blockset), 并连接好各个节点形成完整的电路拓扑关系图谱以便于后续操作实施。

最后通过Scope Scope 或者 To Workspace等功能记录输出数据绘制曲线图表辅助分析判断算法有效性及其鲁棒性质等方面的信息特征。

open_system('ThreeLoopControlSystem'); % 打开预先准备好的Simulink模型
sim('ThreeLoopControlSystem');          % 开始模拟过程
plot(time,simout);                      % 显示结果图像
title('Simulation Results of Three-loop Control System');
xlabel('Time (s)');
ylabel('Output Position (rad)');
grid on;