BLDC无位置传感器控制技术
永磁无刷直流电机及其控制
永磁无刷直流电机及其控制一、本文概述永磁无刷直流电机（Permanent Magnet Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种结合了直流电机与无刷电机优点的先进电机技术。
本文将对永磁无刷直流电机及其控制技术进行详细的阐述和探讨。
我们将概述永磁无刷直流电机的基本原理和结构特点，包括其与传统直流电机的区别，以及为何在现代工业和家用电器等领域得到广泛应用。
接着，我们将深入探讨永磁无刷直流电机的控制策略，包括位置传感器控制、无位置传感器控制以及先进的电子控制技术，如微处理器和功率电子器件的应用。
我们还将分析永磁无刷直流电机的性能优化和故障诊断技术，以提高其运行效率和可靠性。
我们将展望永磁无刷直流电机及其控制技术的发展趋势，并探讨其在未来可持续能源和智能制造等领域的应用前景。
通过本文的阐述，读者可以对永磁无刷直流电机及其控制技术有更为全面和深入的理解。
二、永磁无刷直流电机的基本原理永磁无刷直流电机（Permanent Magnet Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种结合了直流电机与无刷电机优点的电机类型。
其基本原理主要依赖于磁场与电流之间的相互作用，以及电子换向器的无刷换向技术。
磁场与电流相互作用：永磁无刷直流电机中，永磁体（通常是稀土永磁材料）被用来产生恒定的磁场。
当电流通过电机的电枢（也称为线圈或绕组）时，电枢会产生一个电磁场。
这个电磁场与永磁体的磁场相互作用，导致电机转子的旋转。
无刷换向技术：与传统的有刷直流电机不同，永磁无刷直流电机使用电子换向器代替了机械换向器。
电子换向器通过控制电流在电枢中的流动方向，实现了电机的无刷换向。
这种技术不仅提高了电机的效率，还降低了维护成本和噪音。
控制策略：为了精确控制电机的转速和方向，永磁无刷直流电机通常与电子速度控制器（ESC）一起使用。
电子速度控制器可以根据输入信号（如PWM信号）调整电枢中的电流大小和方向，从而实现对电机转速和方向的精确控制。
无刷直流BLDC电机的无传感器梯形控制
图片列表
1 具有一个永磁对极转子的三相同步电机................................................................................... 3 2 针对一个 BLDC 电机的速度和电流控制环路配置 ....................................................................... 5 3 两相打开运行和转矩纹波内的电气波形................................................................................... 6 4 正弦波电机内的转矩纹波被控制为一个 BLDC........................................................................... 6 5 三相反相器 ................................................................................................................... 6 6 依据 PWM 占空比的分流电阻器压降（软斩波）........................................................................ 7 7 HDMC 套件上的反电动势感测............................................................................................. 8 8 定子端子电气模型 ........................................................................................................... 9 9 典型电流和反电动势波形正弦波 BLDC 电机驱动 ....................................................................... 9 10 一个 3 相 BLDC 驱动实现 ................................................................................................ 13 11 BLDC 电机霍尔传感器控制的总体方框图 .............................................................................. 13 12 软件流 ....................................................................................................................... 14 13 使用交流电源生成直流总线电源 ......................................................................................... 16 14 使用外部直流电源为反相器生成直流总线 .............................................................................. 17 15 PWM 输出：PWM 1（黄色），PWM 2（粉色）和 PWM 5（绿色），PWM 6（蓝色）........................ 20 16 1 级 - 递增系统构建方框图 ............................................................................................... 21
bldc无感控制原理
bldc无感控制原理
BLDC（Brushless DC）无感控制是一种电机控制技术，它通过电子器件和算法来控制无刷直流电机的转速和转矩。
与传统的有刷直流电机相比，BLDC电机无需使用碳刷和换向器，因此具有更高的效率和可靠性。
BLDC无感控制的原理是基于电机内部的霍尔传感器或者通过后向电动势检测来确定转子位置。
在电机转子转动时，霍尔传感器或后向电动势信号会被反馈到控制器中，控制器根据这些信号来确定适当的电流波形和相序，从而驱动电机转动。
在BLDC无感控制中，通常采用三相全桥逆变器来控制电机的相电流。
控制器会根据转子位置信号来确定适当的相电流波形，以驱动电机顺利运转。
通过精确的相电流控制，BLDC无感控制可以实现高效率、高转矩和精准的速度控制。
此外，BLDC无感控制还可以通过闭环控制系统来实现更精确的电机控制。
闭环控制系统可以根据电机的实际运行情况来调整控制参数，从而提高系统的稳定性和动态性能。
总的来说，BLDC无感控制通过精确的转子位置检测和相电流控制，实现了对无刷直流电机的高效、可靠的控制。
这种控制技术在工业自动化、电动汽车和无人机等领域有着广泛的应用前景。
(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。
基于DSP的无位置传感器BLDC速度控制
流 电机速度 控制 系统 。
由上 面可知 ， 如果 不 考 虑 因 电枢反 应 引 起 的磁 通 变化 ， 刷直 流 电动 机 的电磁 转矩 表达 式 和普 无 通直 流 电动 机相 同 ， 电磁 转矩 与 磁通 和 电流 幅值 其 成正 比 ， 以控 制 逆变 器输 出方 波 电流 的幅值 即可 所 控制无 刷直 流 电动机 的转 矩 。
关 键词 ：Ｄ Ｐ；无 位置传 感器 ；无刷 直 流 电机 Ｓ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｓ ｒｅ ｓ ＢＬＤＣ ｅｏ ｉｙ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｓ ｎ ｏ ｌｓ ｖ ｌ ｃｔ ｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｐ ａ ｅ ｎ ＤＳ
Ｗ ＥＩＺ ｉｃ ｅ ｇ．ＭＡ ｕ—ｉｎ ｈ —ｈ ｎ Ｙｏ ｌ ｇ ａ
换 器上 ， 通过控 制功 率 晶体 管 的关 断顺 序 和 时 间来
改 变 电动机定 子绕 组 中 的电 流 大小 和 导通 顺 序 ， 从 而 实现对 无 刷 直 流 电动 机 转 速 和输 出 转 矩 的 有 效
BLDC
无传感器无刷直流电机控制原理目前常用的无刷直流电机控制方法可分为开环控制、转速负反馈控制和电压负反馈加电流正反馈控制等3 类。
其中开环控制方式适合于转速精度要求不高的场合，转速负反馈方式适合于机械特性要求比较硬、转速精度比较高的场合，而电压负反馈电流正反馈方式则应用于动态性能要求比较高的场合。
对于航模用的无刷直流电机，转速精度要求并不很高，使用开环控制方式就可满足要求。
图1 是无刷直流电机的电路原理图［3］。
采用二相导通星形三相六状态控制策略时，其工作过程如下：wt = 0º电流：电源（+ ）→T1→U→V→T4→电源（- ）wt = 60º电流：电源（+ ）→T1→U→W→T6→电源（- ）wt = 120º电流：电源（+ ）→T3→V→W→T6→电源（- ）wt = 180º电流：电源（+ ）→T3→V→U→T2→电源（- ）wt = 240º电流：电源（+ ）→T5→W→U→T2→电源（- ）wt = 300º电流：电源（+ ）→T5→W→V→T4→电源（- ）wt = 360º电流：电源（+ ）→T1→U→V→T4→电源（- ）由此可看出，只要转子在合适的位置及时准确地切换相应的开关管进行换流，电机就能平稳旋转并获得最大的转矩。
1.1 无位置传感器无刷直流电机位置检测方法选择无位置传感器无刷直流电机控制的一个关键点就是电机转子位置信息的检测与估计。
作者在设计中使用了反电动势过零法［4］对转子位置进行检测。
该方法具有线路简单、技术成熟、成本低廉等优点，当然也存在电机不转及转速很低时反电势无法检测的缺点。
对于这些不足，作者使用了软件优化等方法予以克服。
反电势过零法的工作原理如图2 所示，在任何时刻，电动机三相绕组只有两相导通，每相绕组正反相分别导通120º电角度。
通过测量三相绕组端子及中性点相对于直流母线负端（或正端）的电位，当某端点电位与中性点电位相等时，则此时刻该相绕组反电动势过零，再过30º电角度就必须对功率器件进行换相。
无传感器bldc控制与应用技巧
无传感器bldc控制与应用技巧无传感器BLDC（无刷直流电机）控制是一种常用的电机控制技术，其主要应用于需要高效、精确、可靠的电机驱动系统中。
相比传统的开环控制方法，无传感器BLDC控制具有更好的动态响应和性能特征。
本文将介绍无传感器BLDC控制的原理和应用技巧。
无传感器BLDC控制是指在电机驱动系统中不使用传统的霍尔传感器或编码器等传感器来检测电机的转子位置。
传统的BLDC控制需要通过传感器来检测转子位置，然后根据位置信息来控制电机的相序和通断时机。
而无传感器BLDC控制则通过观测电机绕组的电流和电动势等信号来估算转子位置，从而实现对电机的控制。
无传感器BLDC控制的原理主要基于电机绕组的电流和电动势之间的关系。
在电机绕组中，当电流经过绕组时，会在绕组中产生电动势。
通过观测电动势的波形和幅值变化，可以估算出转子位置。
根据转子位置的估算结果，可以确定电机的相序和通断时机，从而实现对电机的控制。
无传感器BLDC控制的优点之一是简化了电机驱动系统的结构。
传统的BLDC控制需要使用额外的传感器来检测转子位置，增加了系统的复杂度和成本。
而无传感器BLDC控制不需要额外的传感器，只需要通过观测电动势等信号来估算转子位置，从而减少了系统的复杂度和成本。
无传感器BLDC控制还具有更好的动态响应和性能特征。
传统的BLDC控制需要通过传感器来检测转子位置，由于传感器的固有延迟和精度限制，会导致控制系统的动态性能受到一定的限制。
而无传感器BLDC控制通过观测电动势等信号来估算转子位置，可以实时地调整控制策略，提高系统的动态响应和性能特征。
在无传感器BLDC控制中，转子位置的估算是关键的一步。
一种常用的转子位置估算方法是基于电动势波形的比较法。
该方法通过观测电动势波形的变化，将电机的一个电极作为参考，根据电动势波形与参考电极的相位差来估算转子位置。
另一种常用的转子位置估算方法是基于电流波形的换向法。
该方法通过观测电流波形的变化，根据电流波形的变化趋势来估算转子位置。
使用反电动势滤波进行无传感器BLDC控制
使用反电动势滤波进行无传感器BLDC控制反电动势滤波，又称为估算或推测电动势滤波，是一种用于无传感器无刷直流电机（BLDC）控制的技术。
传统的BLDC控制方法需要使用霍尔传感器或编码器来测量转子位置，以便计算正确的相电流。
然而，传感器的使用增加了系统的复杂性和成本。
因此，研究者们开发出了一种无传感器BLDC控制方法，即反电动势滤波技术。
反电动势滤波技术通过利用电机的反电动势（BEMF）来推测转子位置。
当电机运动时，转子磁场与定子磁场不完全对齐，就会产生反电动势。
通过检测相电流和驱动电压的变化，可以推测出转子位置。
反电动势滤波技术的基本原理如下：1.电机转子位置估算：通过测量相电流和电压的变化，推测出转子位置。
在每个电流周期内，根据电流波形的变化，可以计算出转子位置的估算值。
2.电机控制：根据估算的转子位置，控制相电流，以实现所需的转子转动。
反电动势滤波技术的优点包括：1.无需传感器：使用反电动势滤波技术可以实现无传感器BLDC控制。
这降低了系统成本和复杂性。
2.实时估算：通过实时估算转子位置，可以实现更高的控制精度。
3.高效率：反电动势滤波技术可以提高系统效率，因为不再需要传感器的能量供应。
然而，反电动势滤波技术也有一些挑战需要解决：1.转子位置估算误差：由于环境条件和电机参数的变化，估算转子位置的精度可能会受到影响。
2.初动问题：在低速或起动时，反电动势较小，很难准确估算转子位置。
为了解决这些问题，研究者们提出了一些改进的反电动势滤波技术。
例如，增加测量点的数量，或使用模型预测的转子位置来提高估算精度。
此外，一些自适应控制算法也可以用于校准估算误差。
在实际应用中，反电动势滤波技术已被广泛应用于无传感器BLDC控制。
它可以用于各种领域，如电动汽车、工业自动化和家用电器。
总之，反电动势滤波技术通过估算电机转子位置，实现了无传感器BLDC控制。
虽然还存在一些挑战，但随着技术的进一步发展，反电动势滤波技术将为无传感器BLDC控制提供更多的应用潜力。
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BLDC无位置传感器控制技术
2014.11.12
duguqiubai1234@
BLDC电机是一种结合了直流电机和交流电机优点的改进型电机。
其转子采用永磁材料励磁，体积小、重量轻、结构简单、维护方便。
BLDC电机又具有控制简便、高效节能等一系列优点，已广泛应用于仪表和家用电器等领域。
本文主要讨论高压BLDC风机无位置传感器起动和运行技术。
一、无位置传感器技术简介
BLDC电机最简单的控制方法是安装三个位置传感器，使用六步换相法控制。
但传感器器会增大电机的体积和成本，另外传感器的位置精度影响电机的运行；特别对于极对数较多的电机，传感器偏差少许机械角度也可能引起电角度偏差很多。
在某些恶劣环境下,如高温、潮湿、腐蚀性气体等环境，传感器易损坏，因而无法使用。
使用无位置传感器方式则可以克服上述缺点。
无传感器BLDC在性能上也存在一些不足:
（1）难以实现重负载（例如额定转矩）起动。
好在风机属于轻负载起动的情况。
（2）难以快速起动。
例如很难实现1秒内从静止加速到全速。
好在风机通常不要求很短时间内完成加速。
（3）无法实现全速范围内任意调速。
有传感器BLDC能够实现0%～100%额定转速范围内的调速，而无传感器BLDC通常只能实现10%～100%额定转速范围内的调速。
好在风机通常不要求10%额定转速以下运行。
经过以上分析，可以看出风机非常适合使用无位置传感器方式控制。
国内高压无位置传感器BLDC技术仍处于不成熟阶段。
使用该技术的产品应以稳定可靠为主要要求，而不是以性能优越为主要要求。
高压无传感器BLDC如果追求性能优越，则成本太高，技术难度过大。
风机类产品通常起动后连续工作时间较长，所以通常不要求快速起动，不也要求反复起停。
风机类产品10%以下额定转速将造成风量过小，所以通常也不会要求10%额定转速以下运行。
无传感器BLDC起动时需要锁定转子、外同步加速（开环加速）等过程，所以起动较慢；起动过快易造成失败，所以通常不宜要求无传感器BLDC做快速起动。
二、虚拟中性点法过零检测电路
无位置传感器BLDC控制器的虚拟中性点法过零检测电路见图1。
UVW三相电压经电阻分压变为COMP_U、COMP_V、COMP_W。
DUM_MID是虚拟中性点。
ZCP_U、ZCP_V 、ZCP_W是过零信号。
图1
对于230V AC输入的系统，直流母线电压为320V。
UVW的电压峰值都是320V，而比较器接受15V以下信号。
所以UVW需经电阻分压才能使用。
UVW分压电路上的电阻很大，通常数百KΩ。
这使虚拟中性点法过零检测电路成为一个弱信号电路，极易受到干扰，布板时尤其要注意这一点。
布板时应尽量使虚拟中性点电路远离强电电路，并注意三相布线的对称性。
对于低速电机，虚拟中性点电路的滤波电容应取较大值，可取2.2nF或更大; 对于高速电机，电容应取较小值, 可取1nF或更小。
三、三段式起动方法
三段式起动方法是无位置传感器BLDC的常用起动方法。
起动过程包括转子锁定、外同步加速、自同步运行。
转子锁定：给UVW中的某两相通电，转子将被牵引至一个固定位置。
转子锁定的意义：转子锁定后, 转子位置变为已知，便于控制。
外同步加速：外同步加速完全是一个开环运行的过程。
在未知转子位置的情况下，按一定规律换相，换相时间间隔逐渐缩短（也就是加速）。
加速到一定阶段时，比较器输出易识别的过零信号，此时可以进入自同步运行阶段。
外同步加速阶段的步数不宜太少也不是太多。
太少，电机转速不够高，不能产生易识别的过零信号。
太多，其中错误的加电节拍会比较多，容易产生电流尖峰，容易产生“咔咔”声和卡顿感，容易造成失步。
通常外同步加速的步数为2步至8步。
自同步运行：通过比较器输出信号识别出转子位置，根据转子位置通电和换相。
四、过零检测电路的比较器输出信号分析
比较器输出的信号波形可分为图2中（a）（b）（c）三种情况：
说明：图2中红色竖线表示换相时刻
（a）单纯过零波形
（b）过零波形+续流波形（橙色部分是续流波形）
（c）过零波形+过零噪声（蓝色部分是噪声波形）
续流波形可能不出现，也可能出现。
当负载很轻，电流很小时，续流时间太短，又由于电路中有一定电容，此时比较器的输出将不出现续流波形。
当电流较大时，电容无法将续流波形滤掉，此时比较器的输出将出现续流波形。
图2
续流波形可能不出现，也可能出现，这给控制带来一定困难。
可以采用延时滤波的方法滤掉续流波形。
即在换相后，延时一定时间检测比较器输出。
保证续流过程在该延时时间内结束。
使用该方法不必判断续流波形，而是将续流波形通过数字方法路掉。
对于过零信号，不必做跳变沿检测，而是做电平检测。
即比较器信号为某一电平时，判断出是否已经过零。
如果过零已经发生，则进行换相。
过零噪声信号也给控制带来一定困难。
可以采用择多方法进行滤波，即在一定时间内多次读取比较器输出，如果“1”出现的次数多，则将结果记为“1”；如果“0”出现的次数多，则将结果记为“0”。
通过该方法可以将噪声信号滤除。
滤除续流信号和过零噪声后，比较器输出信号的意义变得明确。
它类似于hall信号，可以指示电机转子的位置，MCU根据该信号可以完成驱动和换相。
总结
无位置传感器BLDC技术特别适用于风机和水泵类负载。
它们在起动时负载很轻，稳定运行过程中负载变化不大，加速曲线易于预测，是相对容易控制的负载。
无位置传感器在PCB布板上要求较高。
虚拟中性点法过零检测电路是一个弱信号电路，极易受到干扰。
布板时应尽量使虚拟中性点电路远离强电电路，并注意三相布线的对称性。
过零检测电路中比较器输出信号应注意对续流波形和过零噪声波形进行处理。
数字滤波处理后的波形可用于换相控制。