无刷直流电机的无位置传感器控制-0813

无刷直流电机的无位置传感器控制-0813无位置传感器控制技术是无刷直流电机研究的热点之一，国内外相关

研究已经取得阶段性成果。

在无刷直流电机工作过程中，各相绕组轮流交替导通，绕组表现为断

续通电。在绕组不通电时，由于绕组线圈的蓄能释放，会产生感应电动势，该感应电动势的波形在绕组两端有可能被检测出来。利用感应电动势的一

些特点，可有取代转子上的位置传感器功能，来得到需要的换相信息。由此，就出现了无位置传感器的无刷直流电动机。

尽管无位置传感器控制方式使得转子位置检测的精确度有所降低，但

由于取消了位置传感器，电机的结构更加简单，安装更加方便，成本降低，可靠性进一步提高，在对体积和可靠性有要求的领域以及不适合安装位置

传感器的场合，无位置传感器无刷直流电机应用广泛。

无位置传感器控制方式下的无刷直流电机具有可靠性高、抗干扰能力

强等优点，同时在一定程度上克服了位置传感器安装不准确引起的换相转

矩波动。

无位置传感器技术是从控制的硬件和软件两方面着手，以增加控制的

复杂性换取电机结构复杂性的降低。

以采用120o电角度两两导通换相方式的三相桥式Y接无刷直流电机

为例，讨论基于现代控制理论和智能算法的无刷直流电机无位置传感器控

制方法。

转子位置间接检测法

目前无刷直流电机中主要采用电磁式、光电式、磁敏式等多种形式的位置传感器，但位置传感器的存在限制了无刷直流电机在某些特定场合的应用，主要体现在：

1、位置传感器可使电机系统的体积增大；

2、位置传感器使电机与控制系统之间导线增多，使系统易受外界干扰影响；

3、位置传感器在高温、高压和湿度较大等恶劣工况下运行时灵敏度变差，系统运行可

靠性降低

4、位置传感器对安装精度要求较高，机械安装偏差引起的换相不准确直接影响电机的

运行性能。

无位置传感器控制技术越来越受到重视，并得到了迅速发展。依据检测原理的不同，无刷直流电机无位置传感器控制方法主要包括反电势法、磁链法、电感法及人工智能法等。

反电势法

反电势法（感应电动势过零点检测法）目前是技术最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。该方法将检测获得的反电势过零点信号延迟30o 电角度，得到6个离散的转子位置信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，进而实现无刷直流电机的无位置传感器控制。

eAOQ4Q1Q2Q3Q5Q6wt电流导通区过零点

eBQ1OQ2Q3Q4Q5Q6wteCOQ2Q1Q3Q4Q5Q6wt

目前，反电势法的关键是如何准确检测反电势过零点，国内外研究者

对反电势法进行了深入的研究，已经提出了端电压检测法、反电势积分法、反电势三次谐波法、续流二极管法及线反电势法等多种检测方式。

在转速比较低的情况下，感应电动势不容易测量，所以感应电动势过

零点检测法不能用于低速场合。

1、端电压检测法（反电动势过零法）

端电压检测法通过检测断电相（非导通相）绕组的端电压，经过软件

计算或利用硬件电路获得反电势过零点，从而控制无刷直流电机正确换相。由端电压信号经过软件计算得到反电势过零点的推导过程如下所述。

uAGRiA(LM)uBGuCGdiAeAUNdtdiRiB(LM)BeBUN

dtdiRiC(LM)CeCUNdt式中：uAG、uBG、uCG——端电压；

UN——中性点电压；

LM——绕组等效电感。

以AB相导通、C相悬空为例说明端电压检测法原理，如图所示。

AUdBC

AB相导通电流回路图

此时，AB相反电势处于梯形波平顶处，方向相反；C相反电势处于梯

形波斜坡处，随转子位置而变化。无刷直流电机绕组A相和B相反电势及

电流的关系为

eAeB0iAiB0将AB相端电压相加，得

uAGuBGR(iAiB)(LM)(得

diAdiB)(eAeB)2UNdtdtUNC相悬空无导通电流，存在

iC0,uAGuBG2diC0，得dtuuBGeCuCGUNuCGAG（1）

2eBuBGuAGuCG（2）2uCGuBG（3）2同理，AC相导通，B相悬空时，有

BC相导通、A相悬空时，有

eAuAG根据（1）~（3）式，将端电压信号经过软件计算，在每个周期内就能得到6个相差60o

电角度的反电势过零点，从而为电机正常运行提供换相信息。

换相时刻由反电势过零点延迟30o电角度获得，延迟30o可以根据前两次过零点时间间隔计算得到（忽略该时间间隔内转速变化），即1T(k1)Z(k1)T2TZ(k1)Z(k2)式中：T(k1)——第k-1次换相时刻；

Z(k1)——第k-1次反电势过零点时刻；

Z(k2)——第k-2次反电势过零点时刻。

值得注意的是，每组绕组在一个周期内有两个反电势过零点，因此需要根据反电势过零点前后的正负变化或绕组的导通状态进行区别。此外，端电压检测电路中需要加入电容进行稳压滤波，导致端电压产生相移，在软件算法中需要根据硬件电路的实际参数进行适当的相移补偿。

2.反电势积分法

反电势积分法将悬空相反电势的积分量与门限值进行比较，当反电势积分量达到门限值时，即为该相绕组的换相时刻。

eOeAeBeCwt

Q13090ooUoutUthOQ2oQ3oQ4Q5330oQ6wt

150210270o反电势积分信号与换相时刻关系图

反电势电压接近线性变化，其斜坡部分函数可以写为

e(t)E0t

当非导通相反电势过零点时反电势积分器开始工作，有

UoutE0t2e(t)|dt|||0k2kt式中：E0——反电势斜坡部分斜率；

Uout——积分器输出电压；

k——积分器增益常数。

积分器输出电压Uout达到门限值Uth时，停止工作，并输出换相信号。在下一个反电势过零点时，积分器重新工作。控制系统换相时刻滞后反电势过零点30o电角度，因而在换相

时刻有

Uout|1Kew211t||Kewt||Ke|Uth

2kt2k2k6式中：Uth——门限值；

Ke——反电势系数。

采用反电势积分法进行控制时，应首先根据上式计算Uth，控制系统将Uout与Uth进行

实时比较，以确定换相时刻。该方法的优点为控制过程不需要转速信息，通过调节门限值大小即可实现电机的超前（超前角必须在30o以内）

或滞后换相，且对开关信号不敏感；缺点为存在积分累计误差和门限值设置问题。

缺点：

1）如果反电势过零点不能正确检测到，那么该技术不能工作；

2）采用电压比较器来比较积分结果和参考电压，而比较器对毛刺、干扰很敏感；3）对同一系列的电机或同一电机在不同温升条件下，其反电动势波形函数都会有所变

化。如果采用固定的参考电压，则实际的换相角会有所变化，造成电机运行性能的离散性。

3.反电势三次谐波法

反电势三次谐波法利用反电势的三次谐波确定无刷直流电机的换相时刻。首先，对三相绕组反电势进行傅里叶分解，得到包括基波在内的一系列奇次谐波分量

eAE1inE3in3E5in5…222)E3in3()E5in5()…333444eCE1in()E3in3()E 5in5()…333eBE1in(式中：——转子电角度。

将三式三相反电势求和，得

eAeBeC3E3in33E9in9E15in15…3E3in3无刷直流电机的相电压方程为diuARiA(LM)AeAdtdiuBRiB(LM)BeB

dtdiuCRiC(LM)CeCdt三相电流之间存在关系iAiBiC0

将三相电压相加，并整理得uumuAuBuCeAeBeC3E3in3于是，通过积分得到三次谐波磁链

3rduumdt

可知，三相相电压之和uum包含有相反电势的三次谐波分量信息，uum积分后可以得到三次谐波磁链。三次谐波磁链的过零点即为绕组换相

时刻，如下图。

eAOwtuumOwt3rdOQ1Q2Q3Q4Q5Q6wt

反电势三次谐波及磁链与换相时刻关系图

因此，如将三相相电压uA、uB和uC经过软件处理可以得到三次谐波

磁链信号，三次谐波磁链过零点即为换相时刻。反电势三次谐波法与端电

压检测法相比，具有适用转速范围大、相位延迟小等优点；但由于低速时

噪声信号的不断积累，该方法在积分过程中会产生误差，造成换相不准确。

4．续流二极管法

续流二极管法又称为“第三相导通法”，它是通过检测非导通相中反

并联于逆变桥功率器件上续流二极管的导通与关断状态来确定转子位置的。下面以AB相导通、C相悬空为例说明续流二极管法。

逆变桥采用的PWM调制方式。当电机AB相绕组导通时，A相上桥功

率器件T1工作在PWM斩波调制方式，B相下桥功率器件T6处于导通状态。当调制过程中功率器件T1关闭时，A相下桥续流二极管D4导通，此时逆

变桥工作状态如下图。

T1T3T5AUdBT4T6T2C

此时，功率器件T1截止、二极管D4续流，功率器件T6和二极管D4

构成导通回路，根据该导通回路，非导通相的端电压uCG可以表示为uCGeCUNeCVCEVDeAeB22

式中：

VCE——功率器件管压降；

VD——二极管管压降。

非导通相续流二极管D2若要导通，需要满足条件

uCGVD

将其代入前式，可得

eCVVDeAeBCE22VCEVD2在非导通相反电势接近eC零点时，存在eAeB0，则有eC一般而言，VCE和VD相对反电势很小，当反电势eC变为负值时，非导通相续流二极管D2中就会有电流通过，该点可近似认为反电势过零点。因此，通过检测续流二极管D2是否

导通就能得到转子的位置。

续流二极管法从电流角度鉴别反电势过零点，灵敏度较高，在一定程

度上拓宽了无位置传感器控制器算法的调速范围。但其附加的续流二极管

电流检测电路需要6个独立电源，该检测电路较为复杂。

缺点：

1）要求逆变器必须工作在上下功率器件轮流处于PWM斩波方式，必

须从众多的二极管导通状态中识别出在反电动势过零点附近发生的那次导

通状态；

2）逆变器可关断器件及二极管的导通压降会造成位置检测误差；

3）在没有PWM时，这种控制方式无法工作，即适用于方波电动机，

不适用于正弦波电动机；

4）实现难度大，必须防止无效的二极管续流导通信号和因毛刺干扰产生的误导通信号。此外，这种方法转子位置误差较大，反电动势系数、绕组电感量不是常数，反电动势波形不是标准的梯形波等因素都会造成转子位置误差，这需要一定的补偿措施。

VrefUdT4Vref

续流二极管检测电路

5.线反电势法

在相反电势法中，绕组换相时刻由相反电势过零点移相30o电角度得到，移相角与当前电机转速有关。在变速调节过程中，基于相反电势检测的无位置传感器控制会出现绕组换相时刻不准确的问题。线反电势法相对相反电势法而言，省去了移相角的计算，绕组换相时刻由线反电势过零点直接得到。线反电势法提高了变速过程中的换相精度。

由图可知，线反电势过零点对应无刷直流电机换相时刻，不存在延迟角的计算。在每个周期分别计算线反电势eAB、eBC、eCA过零点就可正确得到6个换相信号，无刷直流电机就能根据该换相信号可靠运行。

线反电势法比较相反电势法更易于在低速下检测，适应的转速范围更广，同时反电势法无须利用前次换相时刻移相，因此只需确定线反电势过零点就可以控制电机正常运行。

eAOwteBOwtQ1eABOQ2wt

相反电势、线反电势与换相时刻关系图

综上所述，各种反电势法的主要思想是根据绕组反电势信号获得转子位置信息，从而实现绕组正确换相，优点在于原理简单、易于实现。

磁链法

不同于反电势法，磁链法是通过估计磁链来获得转子的位置信息。

磁链法计算量较大，在低速运行时会产生误差累计且易受电机参数变

化影响。

电感法

反电势法和磁链法都是依靠转子磁场的运动判断转子位置，但当转子

静止时，两种方法都无法获得转子位置信息，不能实现电机的自启动。针

对该问题，可以采用电感法来确定静止转子位置。电感法的基本原理是，

首先在绕组中施加方波电压脉冲并检测其产生的电流幅值，然后比较电流

幅值得知电感差异，最后根据电感与转子位置之间的关系进而判断转子位置。

电感法对于电机静止时转子初始位置检测效果较好，但由于无刷直流

电机转子位置不同时电感差异较小，因此该方法依赖于高精度的电流检测。

人工智能法

基于人工智能算法的转子位置检测基本思想是，采用人工神经网络、

模糊策略、遗传算法和人工免疫自适应等理论建立无刷直流电机的电压、

电流与转子位置之间的关系，由测量到的电机电压、电流信号映射转子位

置信号或直接获得绕组换相信号。人工智能法无需准确的数学模型，因此

适用于非线性系统，对实际控制对象有较好的泛化能力。对参数变化和量

测噪声具有较强的鲁棒性，可有效解决一些传统和其他现代控制方法难以

解决的问题，并提高运动控制的质量和效果。

反电势法、磁链法、电感法和人工智能法等转子位置检测方法具有各自的自身局限性，针对不同的系统性能要求和应用场合可采用不同的控制方法。

G()函数法

G()函数法又称为速度无关位置函数法，是从一个全新的概念提出的转子位置检测方

法。在转子转速从零到高速时都能够对转子位置进行检测，给出换相时刻。

扩展卡尔曼滤波法

扩展卡尔曼滤波法（EKF）通过建立电机的数学模型，周期性地检测外加电压、不导通相反电动势和负载电流等变量，利用特定算法得到电机转子的位置以及速度的估计值；通过比较估计值与设定值的差值后经PID 调节，达到控制电机的目的。

状态观测器法

即转子位置计算法。其原理是将电机的三相电压、电流作坐标变换，在派克方程的基础上估算出电机转子位置。

这一种方法一般只适用于感应电动势为正弦波的无刷直流电机，且计算繁琐，对微机性能要求较高。

对永磁无刷直流电机和开关磁阻电机的理解

对永磁无刷直流电机和开关磁阻电机的理解 一、永磁无刷直流电动机 （1）、简介 直流电动机虽然起动和调速性能好，堵转转矩大，但是直流电动机具有电刷和换向器组成的机械换向装置，其间的滑动接触严重影响了电机的精度和可靠性，缩短电机寿命，需要经常维，产生的火花会引起无线电干扰，并且电刷换向装置又使直流电机变得结构复杂，工作噪声大。在微电子技术、电力电子技术和电机控制技术日趋成熟的基础上，人们应用高性能永磁材料创造出了无接触式换向的直流电机，我们称之为永磁无刷直流电机。 （2）、基本结构 永磁无刷直流电动机主要由永磁电动机本体、转子位置传感器和功率电子开关三部分组成。直流电源通过电子开关向电动机定子绕组供电，由位置传感器检测电动机转子位置并发出电信号去控制功率电子开关的导通和关断，使电动机转动。 （3）、工作原理 以下举一相导通星形三相三状态的例子说明。 一相导通星形三相三状态永磁无刷直流电动机三只光电位置传感器H1、H2、H3在空间对称均布，遮光圆盘与电机转子同轴安装，调整圆盘缺口与转子磁极的相对位置使缺口边沿位置与转子磁极的空间位置相对应。缺口位置使光电传感器H1受光而输出高电平，功率开关管VT1导通，电流流入A相绕组，形成位于A相绕组轴线上的电枢磁动势Fa，Fa顺时针方向超前于转子磁动势Ff150°电角度。Fa与Ff相互作用拖动转子顺时针旋转，当转子转过120°电角度时，与转子同轴安装的圆盘转到使光电传感器H2受光、H1遮光，功率开关管VT1关断、VT2导通，A相绕组断开，电流流入B相绕组，电流换相。电枢磁动势变为Fb，Fb在顺时针方向继续领先转子磁势Ff150°电角度，两者相互作用，又驱动转子顺时针方向旋转。当转子磁极转到240°时，电枢电流从B相换流到C相，产生的电磁转矩继续使电机转子旋转，直至重新回到起始位置，完成一个循环。 （4）、控制方法 永磁无刷直流电动机的控制方法，按有无转子位置传感器，可分为有位置传感器控制和无位置传感器控制。 有位置传感器控制：转子位置传感器产生的转子位置信号，被送至转子位置译码电路，经放大和逻辑变换形成正确的换向顺序信号，去触发导通相应功率开关元件，使之按一定顺序接通或关断绕组，确保电枢产生的步进磁场和转子永磁磁场保持平均的垂直关系，以利于产生最大转矩。换向信号逻辑变换电路则可在控制指令的干预下，根据现行运行状态和对正转、反转，电动、制动，高速、低速等要求实现换相信号分配，导通相应的功率电子开关器件，产生出相应大小和方向的转矩，实现电机的运行控制。保护电路实现电流控制、过电流保护、欠电压保护和过热保护等。 无位置传感器控制：无位置传感器控制方法是指电机无机械式位置传感器，就是不在无刷直流电动机的定子上直接安装位置传感器来检测转子位置。永磁无刷直流电机无位置传感器控制的关键是设计一转子位置信号检测电路，从硬件和软件两个方面来间接获取可靠的转子位置信号。检测得到转子位置信号后电机的控制方法和上述的有位置传感器控制相同。目前大多是利用定子电压、电流等容易获取的物理量进行转子位置的估算，以获取转子位置信号。 二、开关磁阻电机 （1）、简介 开关磁阻电机是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最

无刷直流电机工作原理

无刷直流电机工作原理 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令

和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。 由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。 中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。 近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。电枢绕组 直流电机的电磁感应的关键部件之一为导电的绕组，因为重要，故称为电枢绕组。电枢绕组是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。电枢绕组的构成，应能产生足够的感应电动势，并

允许通过一定多电枢电流，从而产生所需的电磁转矩和电磁功率。此外，还要节省有色金属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。 大的分类为环形和鼓形；环形绕组只曾在原始电机用过，由于容易理解故讲原理时也用此类绕组；现代直流电机均用鼓形绕组，它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。鼓形绕组比环形绕组制造容易，又节省导线，运行较可靠，经济性好，故现在均用鼓形绕组。 无刷直流电机的基本原理 意法半导体的ST72141是专门用在无刷直流电机（B LDC）控制的单片机。内部包含意法半导体自有的反电动势检测专利技术，专门用于电机控制的片内外设，大大减少了电机控制系统的成本，简化了电机控制系统的设计。 ST72141是ST公司专门用于同步电机控制的一款单片机，特别适合3相无刷直流电机的控制。无刷直流电机可用于工业控制、汽车电子产品、电冰箱、空调、压缩机和风扇等产品。无刷直流电机的优点是效率高、工作噪声低、体积小、可靠性好和寿命长。

无刷直流电机控制器的设计(1)

无刷直流电机控制器的设计 一、无刷直流电机的基本参数 现需要开发永磁直流无刷电机，主要要求如下： （1）功率要求：0.55--2KW （2）转速：440--920 R/MIN （3）控制器分3-4档调速 （4）效率比同类系列电机高出15-20% 二、控制器的设计方案 项目方案选择了由ML4425控制器构成BLDCM控制系统，再辅以反激式开关电源和由IPM21869为核心构成的驱动电路，构成了一套完整的BLDCM控制系统。通过分析，我们将整个项目分成四个部分： ML4425控制电路部分，开关电源部分，功率电路部分和保护电路部分。 1、ML4425控制电路 在ML4425控制电路中，设计出了一套针对ML4425的控制电路参数的设计软件，同时针对ML4425控制芯片设计并制作了控制电路板，用以控制无位置传感器无刷直流电机的启动、调速、制动。 1.5K R1 Res2 1.5K R2 Res2 1.5K R3 Res2 1.5K R4 Res2 1.5K R5 Res2 1.5K R6 Res2 1K R11 Res2 1K R12 Res2 1K R13 Res2 1K R23 Res2 1K R24 Res2 1K R25 Res2 AHH BHH CHH ALL BLL CLL AL BL CL AH BH CH 图1 ML4425外围电路原理图 本项目中设计了高效率、低噪声、多路输出并且电气隔离的开关电源，分别为IPM、ML4425及其它芯片提供15V、12V、5V的直流电源。采用了美国UNITORDE 公司生产的一款性能优良的单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842，通

无刷直流电机数字控制系统的研究与设计

无刷直流电机数字控制系统的研究与设计 摘要：在工业的发展道路上不同时期有着不同的发展，电动机的发展带动了我国许多工业的发展，我们从传统的直流电机慢慢的发展到了无刷直流电机。无刷直流电机指的是无机械电刷和换向器的直流电机，是随着电力电子技术，电机的控制技术，和高性能永磁材料的发展而出现的一种新型的电动机。无刷直流电机的研究主要包括电动机自身设计的研究和控制系统的研究，而现在主要应用的是无刷直流电机的数字控制系统，无刷直流电机的控制系统是采用无位置传感器用软件获得转子位置信号的反电势法和相关的预定位开环换相启动法。无刷直流电机数字控制系统运行效率高，性能好，具有一定的实际意义和广阔的应用。本文我们主要论述一下无刷直流电机数字控制系统的研究与设计，对数字控制软件系统进行简单的介绍。 【关键词】无刷直流数字控制电机 1 无刷直流电动机的发展 直流电动机的传动系统操作简单，调速性能也比较好。但是传统的直流电动机采用电刷和换向器利用机械的方法进行换向，因而由于机械运动发生摩擦，从而带来了噪音、火花和一系列的安全隐患。随着科技的发展，现代直流传统系统的直流电动机发展方向是电动机永磁化和换向的无刷化，无刷电动机就在这样的趋势下发展成为了机电一体化电动机系统。无刷直流电动机控制系统具有很好的调速性能，目前，无刷电动机正朝着数字化的控制系统发展。数字化控制系统是采用一种最新型的高速微处理器和专用的数字信号处理器来作为控制单元，简化了硬件电路，更好的解决了模拟控制元部件的老化，从而操作起来更方便、更精准、更迅速，使无刷直流电机得到更好的发展和利用。

2 数字控制系统 随着我国科技的发展与创新，微型处理器和数字信号处理器的应用越来越广泛，从而衍生出了数字控制系统。早期的数字控制是由硬件电路构成的，数字系统是由信息数字作为载体，辅以一定的数控装置、伺服系统和受控设备所组成。数字控制系统的运行，是由控制工具对相应的工件进行准确无差别的进行处理，不需要人手动去操作设备进行加工处理某些产品，完全由设定好的程序前来完成，且可以高效的完成产品的加工。数字控制系统是一种具有实用价值和发展前途的一种操作系统，它可以省去过多的时间，省去不必要的材料浪费，还能降低危险事件的发生。数字控制系统的发展与研究在对日后的工业上具有很大的价值，这一点在无刷直流电机的发展上也做到了更好的体现。 3 无刷直流电动机的构成 无刷直流电动机的构成主要有三个部分，这三个部分分别是电子换向线路、电动机和位置传感器，实际上就是用电子换向的方式代替了机械的换向，同时它还具有直流电机的调速性能。无刷直流电机在铁心中安装了对称多相绕组，而绕组分为角型结构和星型结构。无刷直流电动机转子的材料通常是永磁材料，因为永磁体的形状不同，磁路的结构也不同，同时气隙磁场波形也是不同的。 4 无刷直流电动机的工作原理 无刷直流电动机工作时，上电之后在电流和磁场的作用下，转子开始旋转。然后通过传感器把旋转的动能变成电信号，从而达到用电控制线路的效果，让每一个线路都能按照一定顺序进行转动，由于转子位置的不断变化从而按照一定顺序发生换相。 5 无刷直流电动机全数字控制系统概述 无刷直流电动机的数字控制系统，主要是利用数字信号处理作为控制核心，该技术可以顺利让无刷直流电动机与控制系统顺利搭建。在这个技术之中，通常会有两环的设置，外环一般

(完整版)无刷直流电动机无传感器控制方法

无刷直流电动机无传感器低成本控制方法关键词：无刷直流电动机无位置传感器控制可编程逻辑器件 1引言 无刷直流电机的无传感器控制是近年来电机驱动领域 关注的一项技术。无位置传感器控制的关键在于获得可靠 的转子位置信号，即从软、硬件两个方面间接获得可靠的 转子位置信号来代替传统的位置传感器［1~3］。采用无传感 器控制 技术的无刷电机具有结构简单、体积小、可靠性高和可维 护性强等优点，使其在多个领域内得到了充分的利用［4］。 目前对于无传感器无刷电机的控制多采用单纯依靠 DSP软件控制的方法［5］，但 是由于控制算法计算量大，执行速度较慢，且DSP 成本较高，不利于以后向市场推广。同时也出现了应用于 无传感器BLDCM控制的一些专用的集成电路［6］，但由于 这些芯片可扩展性和通用性较 低，而且价格昂贵，只适用于低压、小功率领域。为了扩 展无传感器BLDCM应用领域，降低其控制系统的成本， 扩充控制系统的功能，增加控制系统的灵活性，本文以 MCU+PLD方式组成控制系统的核心，利用PLD数字逻 辑功能，分担MCU 的逻辑运算压力，使MCU和PLD的 功能都得到了最大程度的发挥。对于无位置传感器 BLDCM 控制系统，本文着重分析了换相控制策略和闭环调速，最 后通过仿真和实验，验证了控制系统的合理性和可行性。 2系统的总体硬件设计 本文中所设计系统是以8位PIC单片机和 PLD构成的硬件平台，硬件结构框图如图1所示。 功率逆变电路采用三相全桥逆变结构，电机定子绕组 为Y接法，电机工作模式为三相6状态方式。在本文无传 感器控制方式中采用反电动势过零位置检测方法，位置检 测电路根据电机端电压获取3路位置信号，将信号送入 PIC单片机进 行软件移相后得到3路换相信号，由可编程逻辑 器件进行逻辑解码后输出6路驱动开关管的前极 信号，通过驱动芯片IR2233产生驱动信号以控制 各开关管的导通与关断。该系统采用速度单闭环方式，通 过改变PWM的占空比以达到调速的目的。 本文中选用Microchip 公司的单片机PIC16F874作 为控制核心，它内部有8K的FLASH 程序存储器，368字 节的数据存储器（RAM），256字节的EEPROM数据存 储器，14个中断源， 8级深度的硬件堆栈，3个定时/计数器，两个捕 捉/比较/PWM （CCP）模块，10位多通道A/D转换器 等外围电路和硬件资源⑹。这些使得运用 PIC16F874在设计硬件电路时，控制电路大大简化，可靠 性提高，调试更加方便。 PIC16F874单片机的B端口的4~7 口具有电平变 化中断的功能，利用RB5~RB7作为反电动 势的过零点检测信号的输入，如已开RB 口中断， 一旦有过零点出现（发生电平的变化）就进入RB 口中断服 务。利用CCP模块输出占空比可调的信号，可实现直流 电机调速。 3控制方法 3.1软件相移补偿 由于采用脉宽调制技术进行调速，导致无刷电 机端电压波形中存在一定的高频调制分量，因此在反电势检 测中必须采用有源低通滤波电路以滤除高频分量，避免得到 图1系统总体结构硬件框图

无刷直流电机的无位置传感器控制

无位置传感器控制技术是无刷直流电机研究的热点之一，国内外相关研究已经取得阶段性成果。 在无刷直流电机工作过程中，各相绕组轮流交替导通，绕组表现为断续通电。在绕组不通电时，由于绕组线圈的蓄能释放，会产生感应电动势，该感应电动势的波形在绕组两端有可能被检测出来。利用感应电动势的一些特点，可有取代转子上的位置传感器功能，来得到需要的换相信息。由此，就出现了无位置传感器的无刷直流电动机。 尽管无位置传感器控制方式使得转子位置检测的精确度有所降低，但由于取消了位置传感器，电机的结构更加简单，安装更加方便，成本降低，可靠性进一步提高，在对体积和可靠性有要求的领域以及不适合安装位置传感器的场合，无位置传感器无刷直流电机应用广泛。 无位置传感器控制方式下的无刷直流电机具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，同时在一定程度上克服了位置传感器安装不准确引起的换相转矩波动。 无位置传感器技术是从控制的硬件和软件两方面着手，以增加控制的复杂性换取电机结构复杂性的降低。 以采用120o电角度两两导通换相方式的三相桥式Y接无刷直流电机为例，讨论基于现代控制理论和智能算法的无刷直流电机无位置传感器控制方法。 转子位置间接检测法 目前无刷直流电机中主要采用电磁式、光电式、磁敏式等多种形式的位置传感器，但位置传感器的存在限制了无刷直流电机在某些特定场合的应用，主要体现在： 1、位置传感器可使电机系统的体积增大； 2、位置传感器使电机与控制系统之间导线增多，使系统易受外界干扰影响； 3、位置传感器在高温、高压和湿度较大等恶劣工况下运行时灵敏度变差，系统运行可 靠性降低 4、位置传感器对安装精度要求较高，机械安装偏差引起的换相不准确直接影响电机的 运行性能。 无位置传感器控制技术越来越受到重视，并得到了迅速发展。依据检测原理的不同，无刷直流电机无位置传感器控制方法主要包括反电势法、磁链法、电感法及人工智能法等。 反电势法 反电势法（感应电动势过零点检测法）目前是技术最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。该方法将检测获得的反电势过零点信号延迟30o电角度，得到6个离散的转子位置信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，进而实现无刷直流电机的无位置传感器控制。 无刷直流电机反电势过零点与换相时刻的对应关系如图所示，图中e A、e B、e C为相位互差120o电角度的三相梯形波反电势，Q1~Q6为一个周期内的6个换相点，分别滞后相应反电势过零点30o电角度。

无位置传感器无刷直流电机三段式启动技术

无位置传感器无刷直流电机三段式启动技术 无位置传感器无刷直流电机控制系统是无刷直流电机发展的一个重要方向。一般采用转子位置估算方法实现对转子位置的检测并用于换相。但是电机在起动过程中由于可用于检测的信号很微弱，采用常规的转子位置估算方法无法确定转子真实位置，因此对无刷直流电机无位置传感器控制的起动必须采取特殊的方法。目前经常采用的启动方法为“三段式”启动，一般来说，三段式启动包括定位、加速、切换三个过程。 1转子预定位 电机在静止状态时，并不知道电机转子所处的位置，转子的位置决定逆变器功率管的通断，因此无法确定首先导通哪两相来启动电机。电机零启动选用的方法一般是先选定电机任意两相进行通电，通电后，会产生一个合成磁场，转子会在磁场的作用下向合成磁场的轴线方向旋转，直到转子磁极与磁场轴线在同一个方向上。如图1-1所示，若给电机A相和B 相通电，则定子磁势方向为F1，假设电机转子处在图中所示位置，则转子磁势方向为F2，在合成磁场的作用下，转子会顺时针旋转起来。 2外同步加速 转子初始位置确定后，就可以根据转子位置确定下一次换相应该导通的功率管，由于反电势过小无法准确检测转子位置，因此，需对电机进行加速，此过程为开环过程。每次对电机进行换相时，并不清楚转子所处的位置，只是按照预先设置好的换相顺序对功率管轮流导通。电机在速度较低时，反电势小，对应的逆变器斩波占空比也小，当速度逐渐增大时，逆

变器的斩波占空比随之也应增大，这样可以保证无刷直流电机启动时不会失步。由于是开环启动，换相时转子具体位置未知，如果换相时转子位置与應换相位置相隔太远，可能引起反转和振荡导致启动失败，因此应合理设置加速曲线和控制绕组施加电压的大小，使电机每次换相时都接近最佳换相点，才能顺利加速启动。合理的加速曲线设置应该在每次换相后，电压施加时间都比前一次少，而且在低速时，电机应加速慢，到达预定位置前，速度逐渐变快。针对以上要求，所以本文设计的加速过程为：假设电机加速启动阶段的总时间为T，电机轮流导通功率管器件，第一次换相后，功率管导通时间为aT，第二次换相后，功率管导通时间为a2T，第三次为a3T……。依此类推，同时不断调整电压频率和PWM占空比，如果电机经过N次换相能达到预定的频率，即反电势过零点可以准确检测，可以通过反电势法来检测转子位置时，则电机开环加速结束，切换到闭环加速状态。 3切换 当电机旋转加速到达一定速度时，就可以通过检测反电势来确定转子位置，电机在静止或者低速状态运行时，逆变器通过选择器选择的是三段式启动方法控制。当电机由静止启动后，加速运行到具有一定速度时，通过设定选择器的阀值大小来决定是否切换。因此当反电势过零点能准确检测出时，系统切换到反电势法控制。 三段式启动技术，弥补了电机静止或者低速时线反电势法检测转子位置不适用的情况，目前已经广泛应用于电机控制技术当中。

无位置传感器无刷直流电机的启动技术

无位置传感器无刷直流电机的启动技术 目前常用的无位置传感器控制多为反电势法控制，反电势法的原理简单，在无位置传感器无刷直流电机的实际运用中，采用此方法是最多的，反电势法的弊端就是在电机静止或速度低时，该方法不适用，需要采用特殊的启动方法。针对此问题，一些启动方法也相继被研究无刷直流电机的学者们提出。目前无刷直流电机主要的启动方法有以下几种： 1三段式启动法 该方法将电机的启动分为三步：转子预定位、加速和切换。以两极三相电机为例，电机在启动时，需要预先知道电机转子的初始位置，才能确定首先需要导通哪两个功率管给电机进行供电。由于无法直接判断转子初始位置，预定位采用的方法是，导通逆变器任意两个功率管并控制绕组电流，通电一段时间后关断，此时转子会转到预定的位置，然后将该位置视为转子初始位置，进行下一步启动过程；加速阶段，知道转子初始位置后，可以按照预先设置好的换相顺序给功率管进行导通，该过程为开环过程。每次换相前并不知道转子具体位置，只是按照预先设计好的启动加速曲线逐渐加快电机转子速度，电机每相的导通时间和换相时间也是预先设置好的，按照设置的换相顺序导通相应的逆变器的功率管，换相频率逐渐升高，并逐渐提高逆变器的斩波占空比，

电机速度开始變快，当到达设定的切换阀值时，进入到切换阶段。切换阶段，电机速度达到预定值后，即能够准确检测到反电势过零点信号，将电机切换到无位置传感器控制运行状态。预定位过程一般容易实现；在加速过程，加速曲线设计的好坏会影响电机启动的稳定性；在切换阶段，如切换不平滑有可能会导致电机启动失败，因此三段式启动方法需要进一步研究和改进。 2升频升压启动方法 该方法的实现主要是依靠硬件电路，启动原理如图1-1所示。电压VCC接通以后，压控振荡器输入端的电容 C 上的电压Uc会逐渐提高，将Uc送入压控振荡器中，压控振荡器的输出信号经分频以后再输出，环行分配器通过接收分频器输出的时钟信号，然后转换成换相信号控制逆变器各个功率管的导通与关闭。下端PWM电路在电压Uc的控制下通过调节PWM信号的占空比控制电机绕组电压，绕组上的电压和频率会随着Uc不断增大而不断提高。当电机运行至反电势过零点达到可以正常检测的条件后，将Uc与设定的参考电压在比较器里比较，进行切换。 当Uc到达预定值后，电机会切换至无位置传感器控制运行状态，无刷直流电机的启动完成。在规定的速度范围内，升频升压启动方法可实现在空载、轻载条件下的启动，但要根据电机参数设计启动电路，增加了系统复杂性。 3预定位启动法 在启动初始状态时，转子初始位置的判定跟三段式启动的预

无刷直流电机的建模与控制

无刷直流电机的建模与控制 一、引言 无刷直流电机是现代工业中广泛应用的一种电机，具有高效、 低噪音、长寿命、省能等特点，因此在工业自动化、汽车电子、 航空航天等领域得到了广泛应用。本文主要介绍无刷直流电机建 模和控制技术。 二、无刷直流电机建模 1. 基本结构 无刷直流电机由转子和定子两部分组成。转子是由永磁材料制 成的，永久磁场在电机稳定运行时一直存在，转子通过内部电子 线路和外部电源连接。定子包括绕组和铁芯。绕组分为三个相位，与电源相接，形成电动力，使转子转动。 2. 磁路建模 磁路建模是将电机的磁场简化为基本效应。通常情况下，模型 可以建立在永磁体的基础上。这种方法利用矢量图像来概述电机 的全局磁场结构。 3. 模型变量

无刷直流电机模型包括电子和机械方面的变量。其中电子变量 包括齿值数、电机的功率、磁场、电流和电压，而机械变量包括 转子的转速和电机的扭矩。 4. 线性化 为了控制无刷直流电机并使其保持稳定，必须对其进行线性化 处理，即进行模型状态线性化。这种方法基于电机的特定运行点，对系统方程进行部分线性化，把非线性部分削减掉，以便控制电机。 三、无刷直流电机控制 1. 速度控制 速度控制是指控制无刷直流电机的转速。常用速度控制办法有 比例控制、积分控制、微分控制和PID控制等方法。其中PID控 制是最常用的一种方法，它能把误差、微分和积分三者的影响结 合起来，使电机达到稳态。 2. 位置控制 位置控制是指通过传感器对电机转子的位置进行反馈，对电机 进行控制。开环位置控制具有简单性和可靠性，但系统精度较低。闭环位置控制可以提高系统的稳定性，减少系统误差。 3. 功率控制

无刷直流电机运行原理与基本控制方法

无刷直流电机运行原理与基本控制方法无刷直流电机（Brushless DC motor，BLDC）是一种通过电子器件进 行电动势控制的电机。它与传统的有刷直流电机相比，无需换向器，具有 体积小、寿命长、效率高等优点。本文将介绍无刷直流电机的运行原理以 及基本控制方法。 无刷直流电机由定子和转子两部分组成。定子部分是由若干个绕组组 成的，每个绕组分别位于电机的不同位置上，并通过适当的方式连接到驱 动电子装置上。转子部分是一个由磁铁组成的旋转部件。当绕组首先通电时，电流产生的磁场将影响转子上的磁铁，使其始终追随绕组的磁场运动。由于转子上有多个磁铁，每个磁铁都可能受到不同的绕组的影响，因此能 够实现高效的力矩输出。 1.传感器反馈控制：传感器反馈控制是一种常用的无刷直流电机控制 方法。这种方法通过在电机上安装霍尔传感器或编码器等反馈装置，实时 获取电机的位置信息。控制器根据这些信息，采用恰当的算法控制电机的 相序和电流大小以使电机达到所需的速度和位置。 2.电子换向：电子换向是指通过改变电流的方向和大小来实现电机转 子上的磁场方向的变化。具体地，通过控制器引入恰当的电流波形，使得 转子上的磁铁始终与绕组的磁场保持正交关系，从而实现电机的正常运转。 3.空载检测：空载检测是一种无刷直流电机常用的控制方法。当电机 不承受负载时，转子的转速会比正常情况下更高。通过监测电机的转速， 控制器可以判断电机是处于空载还是负载状态，并相应地调整电流的大小 和方向，以达到所需的控制效果。

4.PID控制：PID控制是一种常用的控制方法，适用于无刷直流电机 的速度和位置控制。PID控制器根据电机的速度或位置误差计算出一个调 整量，然后通过调整电流和相序来实现电机的控制。PID控制器的输出可 以根据需求进行调整，从而实现不同的电机运行模式。 总结 无刷直流电机是一种通过电子器件进行电动势控制的电机，具有高效、寿命长等优点。其运行原理是通过控制电流的大小和方向，使得转子上的 磁铁与绕组的磁场保持正交关系，从而实现电机的正常运转。常用的无刷 直流电机控制方法包括传感器反馈控制、电子换向、空载检测和PID控制等。通过这些控制方法，可以实现对电机速度和位置的精确控制。

无刷直流电机控制系统设计

无刷直流电机控制系统设计 无刷直流电机控制系统设计 一、引言 近年来，无刷直流电机由于其高效、低噪音和长寿命等特点，被广泛运用在各种领域，如电动汽车、无人机、工业机器人等。无刷直流电机的控制系统是整个系统的核心，其设计的优劣直接影响到系统的性能和稳定性。因此，对无刷直流电机控制系统的研究具有重要意义。 二、无刷直流电机基本原理 无刷直流电机是一种将交流电转换成直流电的电机，其工作原理和普通直流电机基本相同。传统的直流电机是通过换向器将直流电源提供的直流电转换成交流电，再通过电刷与换向器进行配合，使得电机能够正常转动。然而，无刷直流电机通过内部的传感器，能够实时检测转子位置，在合适的时机切换相序，从而实现电机的转动。其与直流电机相比，具有结构简单、寿命长、噪音低等特点。 三、无刷直流电机控制系统的组成 无刷直流电机控制系统主要由传感器、电机驱动器和控制算法三部分组成。 1. 传感器 传感器主要用于检测转子位置和转速等信息，常见的传感器有霍尔传感器、编码器等。通过传感器获得的信息可以提供给控制系统，以便实时控制电机的工作状态。 2. 电机驱动器 电机驱动器作为控制系统的核心部件，主要用于控制电机的转速和方向。电机驱动器通常由功率放大器和控制电路组成，通

过接收控制信号，控制电机的运行。 3. 控制算法 控制算法是无刷直流电机控制系统的关键，常见的控制算法有电流反馈控制、速度反馈控制和位置反馈控制等。通过对传感器获得的信息进行处理和分析，控制算法能够准确地控制电机的运行状态，实现所需的功能。 四、无刷直流电机控制系统设计 无刷直流电机控制系统的设计需要考虑多个方面的因素，如控制精度、稳定性、响应速度等。 1. 选择合适的传感器 传感器的选择直接影响到控制系统的精度和稳定性。根据实际需求，选择适用的传感器，并进行合理的安装和校准。 2. 电机驱动器的设计 电机驱动器需要根据电机的功率和转速等参数进行选择和设计。选用合适的功率放大器和控制电路，确保电机能够正常工作，并满足系统的要求。 3. 控制算法的选择和调试 根据实际需求，选择合适的控制算法，并进行调试和优化。不同的控制算法对系统的性能和稳定性有不同的影响，需要根据具体情况进行选择和调整。 4. 系统的整合和优化 将传感器、电机驱动器和控制算法等组合起来，进行系统的整合和优化。通过实时监测和调整，确保系统能够稳定运行，并满足系统的需求。 五、实验与结果分析 通过设计并搭建无刷直流电机控制系统，并进行实验验证。通过实验对系统的性能和稳定性进行测试和分析，得出结论和改

基于神经网络的无刷直流电机位置控制算法研究

基于神经网络的无刷直流电机位置控制算法 研究 无刷直流电机（Brushless DC Motor，BLDC）由于其高效率、低噪音和长寿命等优点，在工业控制、自动化系统以及电动车等领域得到广泛应用。而基于神经网络的位置控制算法可以提高无刷直流电机的性能和精度，因此在应用中具有重要意义。本文旨在研究基于神经网络的无刷直流电机位置控制算法，并对其进行探讨和分析。 一、无刷直流电机的基本原理和位置控制 无刷直流电机是一种通过电子换相器来实现转子定位的电机。其工作原理是通过在定子上的多个定子线圈中注入电流，通过电子换相器来实现定子线圈的适时切换，从而实现转子的转动。而位置控制是指在给定的条件下，使电机能够精确地控制到指定的位置或角度。 二、神经网络在无刷直流电机位置控制中的应用 神经网络是一种模拟大脑中神经元之间相互连接的数学模型。它通过自适应性学习能力，可以根据输入的训练样本进行自我调整，从而实现对非线性问题的建模和解决。在无刷直流电机位置控制中，神经网络可以应用于以下几个方面： 1. 传感器数据预处理：由于无刷直流电机位置控制需要实时监测和反馈转子位置信息，而传感器数据可能会存在噪声干扰和不完全可靠等问题。通过神经网络可以对传感器数据进行预处理和滤波，提高控制系统的稳定性和精度。 2. 位置估计和预测：基于神经网络的无刷直流电机位置控制算法可以通过训练神经网络模型，实现对电机位置的估计和预测。通过根据当前的输入信息，预测出未来的位置，并进行控制策略调整，可以提高控制系统的响应速度和准确性。

3.控制策略优化：传统的控制算法往往基于模型，并且需要对电机系统的参数 进行严格的建模和调整。而基于神经网络的无刷直流电机位置控制算法可以通过自适应性学习，实现对电机系统的参数自动优化，并且可以适应系统参数变化带来的影响。 三、研究方法和步骤 要实现基于神经网络的无刷直流电机位置控制算法，需要进行以下研究方法和 步骤： 1. 数据采集与处理：首先需要根据实际情况，采集无刷直流电机的位置信息， 并进行数据的预处理和滤波，以消除噪声干扰和数据波动的影响。 2. 神经网络模型设计：根据无刷直流电机位置控制的特点和要求，设计适应性 的神经网络结构。可以考虑使用前馈神经网络（Feedforward Neural Network）或递 归神经网络（Recurrent Neural Network）等结构。 3. 数据集划分和训练：将采集到的数据集划分为训练集和测试集，并使用训练 集对神经网络进行训练。通过反向传播算法（Backpropagation）来更新神经网络的 权重和偏置，从而实现神经网络的自适应性学习。 4. 控制算法实现和优化：根据神经网络模型的训练结果，实现基于神经网络的 无刷直流电机位置控制算法，并对算法进行优化和调整，使其更适应实际应用场景。 四、研究成果和应用前景 基于神经网络的无刷直流电机位置控制算法研究可以提高电机的控制性能和精度，具有广阔的应用前景和市场需求。在工业控制领域，可以应用于机器人、自动化生产线等系统中；在电动车领域，可以提高电动车的轨迹控制和驾驶稳定性。此外，相关研究成果还可以应用于其他具有位置控制需求的领域，如航空航天和医疗器械等。

无刷直流电机工作和控制的原理

无刷直流电机工作和控制的原理 Brushless DC motors, also known as BLDC motors, are a type of electric motor that operates on a direct current (DC) power supply. 无刷直流电机，也称为BLDC电机，是一种在直流电源上运转的电动机。Unlike traditional brushed DC motors, BLDC motors rely on electronic commutation to control the current direction and generate rotational motion. 与传统的有刷直流电机不同，无刷直流电机依靠电子换向来控制电流方向并产生旋转运动。 This electronic commutation is achieved through the use of sensors or sensorless control techniques. 这种电子换向是通过传感器或无传感器控制技术实现的。 One of the key design differences between brushed and brushless DC motors is the presence of brushes and a commutator in the former, whereas the latter uses a system of electronic switches to control current flow. 有刷和无刷直流电机之间的一个关键设计差异在于前者有刷和换向器，而后者使用一套电子开关系统来控制电流流动。 The absence of brushes in BLDC motors leads to reduced friction, resulting in lower maintenance requirements and improved efficiency. 无刷直流电机中没有刷子会导致摩擦减少，从而降低维护需求并提高效率。

直流无刷电机反电动势过零检测方法汇总

直流无刷电机反电动势过零检测方法 一般的永磁无刷直流电机是由三相逆变桥来驱动的，根据转子位置的不同， 为了产生最大的平均转矩，在一个电角度周期中，具有6个换相状态。在任意一个时间段中，电机三相中都只有两相导通，每相的导通时间间隔为120°电角度。例如，当A相和B相已经持续60°电角度时，C相不导通。这个换相状态将持续60°电角度，而从B相不导通，到C相开始导通的过程，称为换相。换相的时刻取决于转子的位置，也可以通过判断不导通相过零点的时刻来决定。通过判断不 导通相反电动势过零点，是最为常用也最为适合的无位置传感器控制方法。 反电动势过零点的检测方法是，通过测量不导通相的端电压，与电机的绕组中点电压进行比较，以得到反电动势的过零点。但对于小电枢电感的永磁无刷直流电机，在许多情况下，绕组中点电压难以获取，并且需要使用电阻分压和进行低通滤波，这样会导致反电动势信号大幅地衰减，与电机的速度不成比例，信噪比太低，另外也会给过零点带来更大的相移。 与上面的方法相比，更为常用的是虚拟中点电压法。假设A相和B相导通， 则A和B两相电流大小相等，方向相反，C相电流为零，则根据永磁无刷直流电机数学模型有相加得中性点电压为 再将式(6・1)代人式(6-2), 反电动势过零检测方程为相应地，A相和B相反电动势过零检测方程为 £B=V B+K B+V C) 根据上述方程，将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较，也可以获得反电

动势的过零点。这种方法十分简单，实现也比较方便。但是，由于无刷直流电机按一定频率进行PWM斩波控制，其计算出的虚拟中点电压也会随着PW啲高低电平而发生相同频率的在电源和地电平之间的变化。这样，就会带来极大的共模电平和高频噪声，会影响反电动势过零点检测的精确性。同样，和中点比较法一样，这种方法也必须要对绕组端电压进行分压和低通滤波。 这样，在一个PWM周期中，电枢绕组相电流就必然存在断续状态。速度提高时，电枢绕组中会产生峰峰值极大、频率很高的反电动势。由于以上特点，一些普遍采用的BLDC无位置传感器的控制方法均不适合。现有的无位置传感器的控制方法，如端电压检测法和转子位置估计法等，将很难得到良好的控制效果，其理由如下所述： 首先，无刷直流电机要求在电机转速提高的过程中，采用现有的端电压与中点电压比较的方法，要对三相绕组进行分压阻容滤波，计算出不导通相反电动势的过零点，再延后一定时间进行换相。但是，这样得到的反电动势过零点会因为无刷直流电机转速提高而产生过大的相移，导致当检测到反电动势过零点后，真正的换相点已经过去，从而造成换相失误。另外，现有的转子位置估计法，在高速时必须以极高的采样频率对永磁无刷直流电机中多个物理量进行测量，然后运行复杂的算法估计出转子位置，这样即使采用主频较高的控制器，也很难实时得到精确的位置信号。并且，随着电机转速的提高，位置估计算法难以及时地计算出当前电机转子的位置情况，对于转速范围较大的情况，无位置传感器的检测难以实现。 其次，现有的无刷直流电机无位置传感器的控制方法一般只适用于绕组相电流不存在断续状态的情况。而当永磁无刷直流电机电枢电感较小时，在一个PWM 周期中，则可能出现绕组相电流断续状态。当相电流从续流状态向断流状态突变时，由于三相逆变桥中功率管的寄生电容和电枢绕组中的电感和电阻相互作用，端电压会存在二阶阻尼振荡过程。在振荡过程中，将检测到的电枢绕组端电压应用于无位置传感器的换相中，会得到不正确的结果。 因此，使用现有的无位置传感器的控制方法，应用于小电枢电感的磁悬浮飞轮用无刷直流电机上，都无法得到良好的控制效果。

无刷直流电机的工作原理

1.2 无刷直流电机的工作原理 1.2.1 无刷直流电机的特点 直流电机主要有直流有刷电机和无刷直流电机两种。 1．有刷直流电机 直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点著称，其中属于直流电机一类的有刷直流电机采用机械换向器，使得驱动方法简单，其模型示意图如图 1.2 所示。 电机主要由永磁材料制造的定子、绕有线圈绕组的转子〔电枢〕、换向器和电刷等构成。只要在电刷的A和B两端通入一定的直流电流，电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向，这样，直流电机的转子就会持续运转下去。 由些可见，换向器和电刷在直流电机中扮演着重要的角色，虽然它可以简化电机控制器的结构，但是，它自身却存在一定的缺点： z 结构相对复杂，增加了制造本钱； z 容易被环境〔如灰尘等〕影响，降低了工作的可靠性； z 换向时会产生火花，限制了使用范围； z 容易损坏，增加了维护本钱等。 2．无刷直流电机 无刷直流电机〔Brushless Direct Current Motor, BLDCM〕的诞生，克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电

机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。 图 1.3 所示无刷直流电机模型，它是从图转化过来的模型。它主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器〔可有可无〕组成。可见，它和直流电机有着很多共同点，定子和转子的结构差不多〔原来的定子变为转子，转子变为定子〕，绕组的连线也根本相同。但是，结构上它们有一个明显的区别：无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。这样，电机结构就相对简单，降低了电机的制造和维护本钱，但无刷直流电机不能自动换向〔相〕，牺牲的代价是电机控制器本钱的提高〔如同样是三相直流电机，有刷直流电机的驱动桥需要 4 只功率管，而无刷直流电机的驱动桥那么需要 6 只功率管〕。 图 1.3 所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流电机，它的定子在内，转子在外，结构和图 1.2 所示的直流电机很相似。另一种无刷直流电机的结构和这种刚刚相反，它的定子在外，转子在内，即定子是线圈绕组组成的机座，而转子用永磁材料制造。 无刷直流电机有以下的特点： z 无刷直流电机的外特性好，能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的起动转矩； z 无刷直流电机的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行； z 无刷直流电机的效率高、过载能力强，使得它在拖动系统中有出色的表现； z 无刷直流电机的再生制动效果好，由于它的转子是永磁材料，制动时电机可以进入发

直流无刷电机原理及应用

直流无刷电机原理及应用 一、直流无刷电机 直流电机在额定负载下会产生恒定转矩性能，由于电枢磁场与转子磁场之间恒维持90度，这样就必须通过碳刷及整流子，在电机运转的过程中太容易引发电火花对组件造成破坏。交流电机由于没有碳刷和整流子，所以不需要相对应的维护，但是性能要比直流电机的性能控制效果更加复杂。半导体的切换频率更加快速，所以能够对于驱动电机的性能有明显提升，微处理机速度也越来越快，保证了交流电机控制，实现两周直角坐标系统中适当的控制，另外由于很多的微处理机能够对控制电机具有必需的功能，所以体积越来越小。位置传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组换相。位置传感器种类较多，且各具特点。在直流无刷电动机中常见的位置传感器有以下几种：电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置接近传感器。 电磁式位置传感器在直流无刷电动机中，用得较多的是开口变压器。用于三相直流无刷电动机的开口变压器由定子和跟踪转子两部分组成。定子一般有六个极，它们之间的间隔分别为60度，其中三个极上绕一次绕组，并相互串联后通以高频电源，另 1/ 4

外三个极分别绕上二次绕组WA、WB、WC。它们之间分别相隔120度。跟踪转子是一个用非导磁材料做成的圆柱体，并在它上面镶一块120度的扇形导磁材料。在安装时将它与电动机转轴相联，其位置对应于某一磁极。一次绕组所产生的高频磁通通过跟踪转子上的到此材料耦合到二次绕组上，故在二次绕组上产生感应电压，而另外两相二次绕组由于无耦合回路同一次绕组相联，其感应电压基本为零。随着电动机转子的转动，扇形片也跟着旋转，使之离开当前耦合一次绕组而向下一个一次绕组靠近。就这样，随着电动机转子运动，在开口变压器二次绕组上分别感应出电压。扇形导磁片的角度一般略大于120度电角度，常采用130度电角度左右。在三相全控电路中，为了换相译码器的需要，扇形导磁片的角度为180度电角度。同时，扇形导磁片的个数应同直流无刷电动机的极对数相等。 二、直流无刷电机的分类 一般来说直流电动机，具有相同的工作原理和应用特征，但事情本身的構成却存在较大差距，除了电机之外，还会增加换向电路，电机自身的幻象电路进行紧密结合，能够保证许多的小功率电机，本身与换向电路组成一个整体，所以这样一来保证了直流无刷电机与直流电动机的外观完全一致，直流无刷电动机由机电能量和机电，电枢，永励磁两部分构成，还包括了传感器，通过电机本身的直流无刷特典，能够有效的强化直流电动机的性能 2/ 4

无传感器无刷程序

《无位置传感器的无刷直流电动机调速控制程序》 .INCLUDE "240x.H" ;--------------------------------------以下定义常数和变量-------------------------------------------------- KP .SET 245 ;电流调节比例系数, 0.12的Q11格式 KPS .SET 100 ;速度调节比例系数 .BSS CAPT,1 ;换相控制字 .BSS COMP,1 ;更新占空比的比较值,由电流调节输出 .BSS IDC_REF,1 ;电流参考值,由速度调节输出 .BSS IDC_ERRORK,1 ;电流偏差 .BSS FLAGCUR,1 ;更新比较值和换相标志,1-允许更新,0-不允许 .BSS SPEED_REF,1 ;给定速度参考 .BSS V_ERRORK,1 ;速度偏差 .BSS SPEED_COUNT,1 ;速度调节环计数器 .BSS V1,1 ;相电压1 .BSS V2,1 ;相电压2 .BSS V3,1 ;相电压3 .BSS NEUTRAL,1 ;中性点电压 .BSS FLAG,1 ;感应电动势变符号标志,1-变了;0-没变 .BSS FLAGUP,1 ;转过一机械转标志,1-没转过,0-转过 .BSS BCOUNT,1 ;延迟时间更新值,磁定位时临时变量 .BSS B2COUNT,1 ;延迟时间 .BSS STALL,1 ;磁定位结束标志,1-结束,0-没结束 .BSS ASYM,1 ;延时计算感应电动势计数器 .BSS SPEEDFLAG,1 ;第一转时禁止速度调节标志,1-禁止,0-允许 .BSS TIME ;每转时间计数器 .BSS STACK,6 ;软堆栈区 ;--------------------------------------定义主向量------------------------------------------------------------- .SECT "VECTORS" RSVECT B _C_INT0 ;复位 INT1 B PHANTOM ;INT1 INT2 B PHANTOM ;INT2 INT3 B PHANTOM ;INT3 INT4 B PHANTOM ;INT4 INT5 B PHANTOM ;INT5 INT6 B ADCINT ;ADC中断 …;略 ;--------------------------------------以下是程序------------------------------------------------------------- .TEXT ;--------------------------------------初始化程序-------------------------------------------------------------- _C_INT0 SETC CNF CLRC OVM SETC SXM ;符号扩展 SETC INTM ;关中断 LAR AR1,#STACK LDP #0E0H SPLK #68H, WDCR ;不用看门狗 SPLK #0284H,SCSR1 ;10MCLKIN,20MCLKOUT LDP #0E8H