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几种常用的电机控制法1BLDC 电机控制算法 无刷电机属于自换流型（自我方向转换），因此控制起来更加复杂BLDC电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制对于闭 环速度控制，有两个附加要求，即对于转子速度 /或电机电流以及PWM信号进行测量，以控制电机速度功率BLDC电机可以根据应用 要求采用边排列或中心排列 PWM 信号大多数应用仅要求速度变化 操作，将采用 6 个独立的边排列 PWM 信号这就提供了最高的分辨 率如果应用要求服务器定位、能耗制动或动力倒转，推荐使用补充 的中心排列PWM信号为了感应转子位置，BLDC电机采用霍尔效应 传感器来提供绝对定位感应这就导致了更多线的使用和更高的成本 无传感器 BLDC 控制省去了对于霍尔传感器的需要，而是采用电机的 反电动势（电动势）来预测转子位置无传感器控制对于像风扇和泵 这样的低成本变速应用至关重要在采有 BLDC 电机时，冰箱和空调 压缩机也需要无传感器控制空载时间的插入和补充大多数 BLDC 电 机不需要互补的PWM、空载时间插入或空载时间补偿可能会要求这 些特性的 BLDC 应用仅为高性能 BLDC 伺服电动机、正弦波激励式BLDC电机、无刷AC、或PC同步电机。

控制算法许多不同的控制算 法都被用以提供对于 BLDC 电机的控制典型地，将功率晶体管用作 线性稳压器来控制电机电压当驱动高功率电机时，这种方法并不实 用高功率电机必须采用 PWM 控制，并要求一个微控制器来提供起 动和控制功能控制算法必须提供下列三项功能：• 用于控制电机速度的 PWM 电压• 用于对电机进整流换向的机制• 利用反电动势或霍尔传感器来预测转子位置的方法 脉冲宽度调制仅用于将可变电压应用到电机绕组有效电压与PWM占空度成正比当得到适当的整流换向时，BLDC的扭矩速度特性与一下直流电机相同可以用可变电压来控制电机的速度和可变转 矩功率晶体管的换向实现了定子中的适当绕组，可根据转子位置生 成最佳的转矩在一个BLDC电机中,MCU必须知道转子的位置并能 够在恰当的时间进行整流换向BLDC电机的梯形整流换向对于直流无 刷电机的最简单的方法之一是采用所谓的梯形整流换向BLDCH-0BTO 64 JDECODER图1 :用于BLDC电机的梯形控制器的简化框架在这个原理图中，每一次要通过一对电机终端来控制电流，而第tuirronl &D-ni.orFlCE

嵌入大电机中的三种霍尔器件 用于提供数字信号，它们在60度的扇形区内测量转子位置，并在电机 控制器上提供这些信息由于每次两个绕组上的电流量相等，而第三 个绕组上的电流为零，这种方法仅能产生具有六个方向共中之一的电 流空间矢量随着电机的转向，电机终端的电流在每转60 度时，电开 关一次（整流换向），因此电流空间矢量总是在90度相移的最接近30度的位置图2：梯形控制：驱动波形和整流处的转矩因此每个绕组的电流波 型为梯形，从零开始到正电流再到零然后再到负电流这就产生了电 流空间矢量，当它随着转子的旋转在 6 个不同的方向上进行步升时， 它将接近平衡旋转在像空调和冰霜这样的电机应用中，采用霍尔传 感器并不是一个不变的选择在非联绕组中感应的反电动势传感器可 以用来取得相同的结果这种梯形驱动系统因其控制电路的简易性而 非常普通，但是它们在整流过程中却要遭遇转矩纹波问题BDLC电机 的正弦整流换向梯形整流换向还不足以为提供平衡、精准的无刷直流 电机控制这主要是因为在一个三相无刷电机(带有一个正统波反电 动势)中所产生的转矩由下列等式来定义：转轴转矩= Kt [IRSin(o) + ISSin(o+120) +ITSin(o+240)] 其中：o为转轴的电角度Kt为电机的转矩常数IR, IS和IT为相位电流如果相位电流是正弦的：IR = IOSino; IS = I0Sin (+120o); IT = I0Sin (+240o)将得到：转轴转矩二1.5I0*Kt (—个独立于转轴角度的常数)正弦整流换向无刷电机控制器努力驱动三个电机绕组，其三路电 流随着电机转动而平稳的进行正弦变化。

选择这些电流的相关相位， 这样它们将会产生平稳的转子电流空间矢量，方向是与转子正交的方 向，并具有不变量这就消除了与北形转向相关的转矩纹波和转向脉 冲为了随着电机的旋转，生成电机电流的平稳的正弦波调制，就要 求对于转子位置有—个精确有测量霍尔器件仅提供了对于转子位置 的粗略计算，还不足以达到目的要求基于这个原因，就要求从编码 器或相似器件发出角反馈s^n^r| Pc AitbOn图3 : BLDC电机正弦波控制器的简化框图由于绕组电流必须结合 产生一个平稳的常量转子电流空间矢量，而且定子绕组的每个定位相 距 120度角，因此每个线组的电流必须是正弦的而且相移为120 度 采用编码器中的位置信息来对两个正弦波进行合成，两个间的相移为 120 度然后，将这些信号乘以转矩命令，因此正弦波的振幅与所需 要的转矩成正比结果，两个正弦波电流命令得到恰当的定相，从而 在正交方向产生转动定子电流空间矢量正弦电流命令信号输出一对 在两个适当的电机绕组中调制电流的P-I控制器第三个转子绕组中的 电流是受控绕组电流的负和，因此不能被分别控制每个P-I控制器的 输出被送到一个 PWM 调制器，然后送到输出桥和两个电机终端。

应 用到第三个电机终端的电压源于应用到前两个线组的信号的负数和， 适当用于分别间隔 120 度的三个正弦电压结果，实际输出电流波型 精确的跟踪正弦电流命令信号，所得电流空间矢量平稳转动，在量上 得以稳定并以所需的方向定位一般通过梯形整流转向，不能达到稳 定控制的正弦整流转向结果然而，由于其在低电机速度下效率很高， 在高电机速度下将会分开这是由于速度提高，电流回流控制器必须 跟踪一个增加频率的正弦信号同时，它们必须克服随着速度提高在 振幅和频率下增加的电机的反电动势由于P-I控制器具有有限增益和 频率响应，对于电流控制回路的时间变量干扰将引起相位滞后和电机 电流中的增益误差，速度越高，误差越大这将干扰电流空间矢量相 对于转子的方向，从而引起与正交方向产生位移当产生这种情况时， 通过一定量的电流可以产生较小的转矩，因此需要更多的电流来保持 转矩效率降低随着速度的增加，这种降低将会延续在某种程度 上，电流的相位位移超过90 度当产生这种情况时，转矩减至为零 通过正弦的结合，上面这点的速度导致了负转矩，因此也就无法实现2AC电机算法标量控制标量控制（或V/Hz控制）是一个控制指令电机速度的简 单方法指令电机的稳态模型主要用于获得技术，因此瞬态性能是不可 能实现的。

系统不具有电流回路为了控制电机，三相电源只有在振 幅和频率上变化矢量控制或磁场定向控制在电动机中的转矩随着定 子和转子磁场的功能而变化，并且当两个磁场互相正交时达到峰值 在基于标量的控制中，两个磁场间的角度显著变化矢量控制设法在 AC 电机中再次创造正交关系为了控制转矩，各自从产生磁通量中生 成电流，以实现DC机器的响应性一个AC指令电机的矢量控制与一 个单独的励磁 DC 电机控制相似在一个 DC 电机中，由励磁电流 IF 所产生的磁场能量①F与由电枢电流IA所产生的电枢磁通0A正交 这些磁场都经过去耦并且相互间很稳定因此，当电枢电流受控以控 制转矩时，磁场能量仍保持不受影响，并实现了更快的瞬态响应三 相AC电机的磁场定向控制（FOC ）包括模仿DC电机的操作所有受 控变量都通过数学变换，被转换到DC而非AC其目标的独立的控制 转矩和磁通磁场定向控制（FOC ）有两种方法：直接FOC:转子磁场 的方向（Rotor flux angle）是通过磁通观测器直接计算得到的间接 FOC: 转子磁场的方向 （Rotor flux angle） 是通过对转子速度和滑差 （slip）的估算或测量而间接获得的。

矢量控制要求了解转子磁通的位置， 并可以运用终端电流和电压（采用AC感应电机的动态模型）的知识， 通过高级算法来计算然而从实现的角度看，对于计算资源的需求是 至关重要的可以采用不同的方式来实现矢量控制算法前馈技术、 模型估算和自适应控制技术都可用于增强响应和稳定性AC电机的矢 量控制：深入了解矢量控制算法的核心是两个重要的转换: Clark 转换， Park转换和它们的逆运算采用Clark和Park转换，带来可以控制到 转子区域的转子电流这种做充许一个转子控制系统决定应供应到转 子的电压，以使动态变化负载下的转矩最大化Clark转换：Clark数学转换将一个三相系统修改成两个坐标系统：图4 :三相转子电流与转动参考系的关系Park转换：Park数学转换将双向静态系统转换成转动系统矢量其中la和Ib正交基准面的组成部分，Io是不重要的homopla nar 部分4 =¥点-cos((9)+z/r两相a, p帧表示通过Clarke转换进行计算，然后输入到矢量转动 模块，它在这里转动角6,以符合附着于转子能量的d, q帧根据上 述公式，实现了角度6的转换AC电机的磁场定向矢量控制的基本结 构Clarke变换采用三相电流IA, IB以及IC ,来计算两相正交定子轴的 电流Isd和Isq。

这两个在固定座标定子相中的电流被变换成Isd和Isq , 成为Park变换d, q中的元素其通过电机通量模型来计算的电流Isd,Isq以及瞬时流量角0被用来计算交流感应电机的电动扭矩^1：电动机标重控制和矢里控制的比较:控制参数vmz控制 矢里控制/叭7冷Vap. rwfSVPWM A 4 3-phase Invertor/钉---亦/1 /I/上/~F5?RT CF4tfk T图2 :矢量控制交流电机的基本原理这些导出值与参考值相互比较，并由PI控制器更新轄拒调节Poor■y-2.%V-5%!■ H H MB ■电机檯型-■'不要求■ H ■■ ■■ U J ■ ■ ■ ■■ ■■ U H ■ ■ ■■ ■■ U ■ ■要求■ ■ ■ ■ KM ■ ■■ ■ ■ ■■ ■ ■ U ■ ■ 1要求拮确的麓型001%0.05%廩度调节基于矢量的电机控制的一个固有优势是，可以采用同一原理，选 择适合的数学模型去分别控制各种类型的 AC, PM-AC 或者 BLDC 电 机BLDC电机的矢量控制BLDC电机是磁场定向矢量控制的主要选 择采用了 FOC 的无刷电机可以获得更高的效率，最高效率可以达到 95%，并且对电机在高速时也十分有效率。

3步进电机控制算法如下是步进电机控制示意图:步进电机控制通常采用双向驱动电流，其电机步进由按顺序切换 绕组来实现通常这种步进电机有3 个驱动顺序：1、单相全步进驱动： 在这种模式中，其绕组按如下顺序加电， AB/CD/BA/DC （BA 表示绕 组 AB 的加电是反方向进行的）这一顺序被称为单相全步进模式，或 者波驱动模式在任何一个时间，只有一相加电2、双相全步进驱动： 在这种模式中，双相一起加电，因此，转子总是在两个极之间此模 式被称为双相全步进，这一模式是两极电机的常态驱动顺序，可输出 的扭矩最大3、半步进模式：这种模式将单相步进和双相步进结合在 —起加电：单相加电，然后双相加电，然后单相加电。