基于反电动势的三相无刷直流电机控制解读
反电动势法无位置传感器无刷直流电动机控制原理
反电动势法无位置传感器无刷直流电动机控制原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣又复杂的话题，那就是无刷直流电动机的控制原理。
听起来可能有点深奥，但别担心，我会尽量把它讲得简单易懂。
你知道吗，这种电动机在生活中可是随处可见，比如咱们的电动车、风扇，还有玩具车，真是名副其实的“万金油”啊！而说到控制这些电动机，反电动势法可谓是个绝妙的选择。
好，我们不啰嗦，赶紧进入正题吧！2. 无刷直流电动机的基础知识2.1 什么是无刷直流电动机？首先，得给大家科普一下，什么是无刷直流电动机。
顾名思义，这种电动机没有传统的刷子。
传统电动机就像一位大厨，得靠刷子来翻炒食材，而无刷电动机就像一台现代化的烤箱，省心又省力。
它的工作原理是通过电磁场的变化来驱动转子运动，这样一来，就能减少摩擦，降低能耗，噪音也小，真是个“安静”的家伙！2.2 反电动势是什么？接下来，我们聊聊反电动势。
这个名字听起来很吓人，其实它就像是一位“调皮的小鬼”，在电动机工作时，会逆着电流的方向产生一种电压。
这种反电动势就像是电动机在努力工作时，给自己制造的一种保护机制。
就好比一个人努力跑步时，突然感到累了，身体会自然而然地减速，反电动势就是这种“减速”效果的体现。
3. 反电动势法的控制原理3.1 如何实现控制？那么，反电动势法到底是怎么控制电动机的呢？其实，这个过程简单得令人惊讶。
控制器会实时监测电动机的反电动势，通过这个信号，判断电动机的转速和位置。
就像一个教练在旁边观察运动员的表现，根据运动员的状态调整训练方案。
这样一来，电动机就能在没有位置传感器的情况下，精准地控制转速，真是一举两得。
3.2 优势与挑战使用反电动势法的好处可多了，首先，省去了位置传感器这个“累赘”，降低了系统的复杂性，成本也随之降低。
其次，由于没有刷子，电动机的寿命大大延长，维护起来也更方便。
不过，挑战也是有的。
比如，启动时电动机的反电动势比较小，控制器可能一时之间“抓瞎”，这时候就需要一些聪明的控制算法来帮忙。
三相无刷直流电机原理和控制方法
三相无刷直流电机原理和控制方法一、BLDC电机的工作原理：BLDC电机是由无刷电机和电子调速器组成的系统。
其工作原理主要包括定子和转子两部分。
1.定子部分：BLDC电机的定子上有三个永磁铁，分别是U、V、W相。
这三个相互相隔120度，每个相上都有两个定子绕组。
当定子绕组通电时，会在定子上形成一个旋转的磁场。
2.转子部分：BLDC电机的转子上有多个永磁铁，通常为四个或六个。
这些永磁铁构成了转子的磁极，通过转子上的轴向磁力使得电机可以旋转。
3.电子调速器：BLDC电机的电子调速器主要由功率器件和控制电路组成。
控制电路通过传感器检测电机的转子位置和速度，并根据外部的控制信号来控制功率器件的开关，从而控制电机的转速和运行状态。
BLDC电机的工作原理是通过改变定子绕组的电流方向以产生旋转磁场，进而旋转转子来完成工作的。
二、BLDC电机的控制方法：BLDC电机的控制方法主要包括传感器控制和传感器无控制两种。
1.传感器控制：传感器控制是通过传感器检测电机的旋转位置和速度，并将这些信号反馈给控制器，从而调整电机的驱动信号来控制电机的运行状态和转速。
传感器控制的优点是精确度高、控制稳定，但需要安装传感器，增加了电机的结构复杂性和成本。
2.传感器无控制：传感器无控制是通过算法来估计电机的转子位置和速度，而无需使用传感器。
常见的传感器无控制方法有基于反电动势法和基于电流观测法。
基于反电动势法是通过测量电机绕组的反电动势来推测转子位置和速度。
该方法简单直观，但对低速和低转矩的控制效果不好。
基于电流观测法是通过观察电机绕组的电流变化来推测转子位置和速度。
该方法相对准确，但对电流测量的要求较高。
传感器无控制的优点是结构简单、成本低，但其精确度和控制稳定性相对较差。
三、总结：BLDC电机将传统的有刷直流电机中的机械换向器替换成了电子换向器，具有结构简单、效率高、控制精度高和使用寿命长等优点。
其工作原理是通过改变定子绕组的电流方向以产生旋转磁场，进而旋转转子来完成工作的。
反电动势法”永磁直流无刷电机控制系统设计
O 引言永磁直流无刷电机(BLDCM)是一种典型的机电一体化电机，除了有普通直流电机调试性能好、调速范围宽和调速方式简单的特点外，还有功率因素高、转动惯量小、运行效率高等优点，特别是由于它不存在机械换相器与电刷，大大的减少了换相火花，机械磨损和机械噪声，使得它在中小功率范围内得到了更加广泛的应用，是电机的主要发展方向之一。
对于永磁直流无刷电机的控制方式，可以分为两大类：有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。
典型的有位置传感器控制方式是使用霍尔传感器控制方式。
无位置传感器控制方式是目前比较广泛使用且较为新颖的一类控制方式，包含有：反电动势控制方法、磁链计算法、状态观测器法和人工神经网络(ANN)控制法等。
反电动势控制方法中对驱动桥和电机在外电路过流时的保护极为重要，对软件发生错误动作时负载的保护也提出了较高的要求，本文采用反电动势控制方法，以直流无刷稀土电机为研究对象，设计了两个电流保护模块和一个数字逻辑保护电路，提高了系统工作时的安全性，具有较大的研究意义。
1 控制系统总体设计本系统采用PWM反馈控制方式的典型闭环调速系统其中还创新性的加入了逻辑保护电路和两路电流保护电路，控制系统总体设计框图如图1所示。
由转速参考值n0与实际转速的反馈值n相比较，得到的偏差送到转速控制器，经过相应的计算后输出控制信号到P WM控制器，PWM控制器则产生三相桥试逆变器主开关的控制信号，然后由主开关完成对永磁无刷直流电机定子电流的通断，并产生平均意义上旋转的定子电枢合成磁势，由定子电枢合成磁势带动永磁体转子旋转，实现了永磁无刷直流电机的自同步控制。
研究对象永磁直流无刷稀土电机将磁体粘贴到转子铁心表面，组成所谓的隐极式转子结构。
其定子三相对称绕组采用整距、集中绕组，无中线引出线，由电机学原理可知反电动势的波形为一梯形波，而且电机中A、B、C三相是对称的，它们的反电动势只在相位上依次落后120度。
再考虑到定子每相绕组的反电动势正比于转子角速度，有图2所示关系。
基于反电动势的三相无刷直流电机控制
结论总结 Summary & Conclusion
通过此项目可基本实现反电动势的电机控制方案。对于不同类型的电机 和不同的客户需求，可以通过设置不同的参数来调整对电机的控制。 下一步的工作将主要集中在根据各个客户的不同需求设计不同的参数设 置机制，给出针对不同电机类型的参考参数表，并完善上位机的监控应 用程序和配置软件，以便优化用户和系统的交互界面，提供更好的用户 体验方法。 更进一步的工作，可以方便的移植到霍尔传感技术的控制方式。
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系统框图
Diagrams
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代码、流程图、原理图、设计实例 照片等 （附加分项）
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系统原理和技术特点 System Principles and technical features
这里主要介绍本设计的核心技术特点—— 无位置传感器的控制方案。它 的优点是消除了控制器和电机之间的位置传感器，减少了线路连接，降 低了系统成本。 一种无位置传感器的无刷直流电机技术是，通过检测电机绕组产生的反 向电动势的过零点来确定电机转子的位置。当三相绕组中的某一相没有 通电时，该相的反向电动势过零点会被检测出来，然后再利用脉宽调制 技术来控制电极绕组的通电顺序和电压。 另一种无位置传感器的无刷直流电机技术是，矢量控制技术，此处不作 讨论。
直流无刷电动机工作原理与控制方法
For personal use only in study and research; not for commercial use直流无刷电动机工作原理与控制方法序言由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。
一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。
其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。
由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。
针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。
经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。
上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。
三相直流无刷电动机的基本组成直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。
其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。
图1所示为三相两极直流无刷电机结构，图1 三相两极直流无刷电机组成三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。
位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。
当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各项绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。
基于反电动势过零检测法的无刷直流电机控制原理
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反电动势无感无刷
基于反电动势检测的无感无刷电机控制（第二节）（转载）[复制链接]本帖最后由地瓜ing 于 2016-6-17 10:00 编辑第二节直接反电动势检测式无感无刷直流电机驱动在本节，首先回顾了一种常用的反电动势检测方法。
然后，我们讨论并提出新奇的反电动势检测方...第二节直接反电动势检测式无感无刷直流电机驱动在本节，首先回顾了一种常用的反电动势检测方法。
然后，我们讨论并提出新奇的反电动势检测方案。
试验结果证明了新式反电动势检测方案和无感系统的优点。
特别的，一种首先商业化的用于无感无刷电机驱动的廉价混合信号微控制器被开发，内嵌了检测电路以及电机控制外设，他具有标准的8位微控制器核心。
2.1普通反电动势检测方案对三相无刷直流电机来说，标准的，他是用六步120度换相模式来驱动的。
在同一瞬间，只有三相中的两相通电流。
举例来说，当A相和B相通电时，C相悬空。
这个通电传导间隔持续60度电角度，称作一步。
传统的从一步跳到下一步的方式称作换向。
所以，在一个周期内总共有6步。
如前面章节中Fig1.2B所示，第一步是AB，然后是AC，到BC，到BA，到CA到CB然后重复这种模式。
通常，为了获得最佳控制和最大扭矩/安培值，我们这样切换电流：保持相内的电流与相反电动势同相。
切换时间由转子位置决定。
因为反电动势的波形由转子位置决定，这就使在反电动势已知的情况下确定换向时间成为可能。
在Fig。
2.1中，相电流与相反电动势同相。
如果过零点的相反电动势能够测量，我们就能够知道什么时候切换电流。
如前所述，在任一时刻，只有两相导通电流，第三相悬空是开放的。
这打开了一扇在悬空线圈检测反电动势的窗口。
图Fig2.2解释了这种检测方案原理。
我们测量了悬空端的端电压。
这种方案需要电机中立点电压以得到过零点的反电动势，因为这种反电动势电压是以电机中立点电压为参考的。
端电压与中立点电压相比较，则过零点的反电动势就得到了。
在多数情况下，电机中立点不好得到。
基於反电动势的三相无刷直流电机控制解读
選型理由：
– 100MHz 主頻和 Cortex-M3 指令為系統的高效性提供保證
豐富的片內外設資源提供系統的高集成度和低成本
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功能描述
Function Description
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系統原理和技術特點
System Principles and technical features
這裏主要介紹本設計的核心技術特點—— 無位置感測器的控制方案。它 的優點是消除了控制器和電機之間的位置感測器，減少了線路連接，降 低了系統成本。 一種無位置感測器的無刷直流電機技術是，通過檢測電機繞組產生的反 向電動勢的過零點來確定電機轉子的位置。當三相繞組中的某一相沒有 通電時，該相的反向電動勢過零點會被檢測出來，然後再利用脈寬調製 技術來控制電極繞組的通電順序和電壓。 另一種無位置感測器的無刷直流電機技術是，向量控制技術，此處不作 討論。
項目總結 Conclusion
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結論總結
Summary & Conclusion
通過此專案可基本實現反電動勢的電機控制方案。對於不同類型的電機 和不同的客戶需求，可以通過設置不同的參數來調整對電機的控制。 下一步的工作將主要集中在根據各個客戶的不同需求設計不同的參數設 置機制，給出針對不同電機類型的參考參數表，並完善上位機的監控應 用程式和配置軟體，以便優化用戶和系統的交互介面，提供更好的用戶 體驗方法。 更進一步的工作，可以方便的移植到霍爾傳感技術的控制方式。
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系统原理和技术特点 System Principles and technical features
这里主要介绍本设计的核心技术特点—— 无位置传感器的控制方案。它 的优点是消除了控制器和电机之间的位置传感器，减少了线路连接，降 低了系统成本。 一种无位置传感器的无刷直流电机技术是，通过检测电机绕组产生的反 向电动势的过零点来确定电机转子的位置。当三相绕组中的某一相没有 通电时，该相的反向电动势过零点会被检测出来，然后再利用脉宽调制 技术来控制电极绕组的通电顺序和电压。 另一种无位置传感器的无刷直流电机技术是，矢量控制技术，此处不作 讨论。
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绿色设计的体现 Green Design in application
该设计消除了控制器和电机之间的位置传感器，减少了线路连接，利用 片上丰富的接口资源简化外围电路设计，从而： – 在电机控制应用中能够提高系统功效 – 设计降低了系统成本 – 低功耗的内核减少对能源的需求
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恩智浦微控制器选型
选型 内置 256K Flash，64K RAM 的 ARM Cortex-M3 Rev. 2 微控制器 高速 12-bit ADC，具备 200KHz 转换率，Vref 可调 128 线 QEI 接口 10/100 MHz 以太网，实时将数据电机运行数据发送到监控端
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结论总结 Summary & Conclusion
通过此项目可基本实现反电动势的电机控制方案。对于不同类型的电机 和不同的客户需求，可以通过设置不同的参数来调整对电机的控制。 下一步的工作将主要集中在根据各个客户的不同需求设计不同的参数设 置机制，给出针对不同电机类型的参考参数表，并完善上位机的监控应 用程序和配置软件，以便优化用户和系统的交互界面，提供更好的用户 体验方法。 更进一步的工作，可以方便的移植到霍尔传感技术的控制方式。
系统框图 Block Diagram
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框图详细介绍 Description
采用智能功率模块，提高了系统的可靠性和稳定性；
利用LPC1700的电机专用模块的PWM输出，使得电机控制更加简易；
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系统框图
Diagrams
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项目背景及介绍 Background and introduction of the project
高性能和高效率电机控制技术是目前学术界和产业界研发的重点，旨在 提高能效的使用率，为各行业的机械传动技术提供绿色应用。 目前的电机驱动反馈方式包括：霍尔传感器方式、反电动势方式和正交 编码方式以及矢量控制。从系统成本的角度考虑，从硬件成本上来说， 反电动势方式和矢量控制方式都是低成本的，考虑到控制算法的复杂程 度，本范例仅考虑反电动势控制方式。 因此，本项目基于 ARM Cortex-M3 内核的 LPC1766 芯片，实现了反电 动势过零检测技术，控制三相无刷直流电机，并结合 MOSFET 驱动等 产品，提供完整的解决方案。
巧妙利用电机在控制时只有两相通电，而利用第三相采集电机的中性点 电压，从而实现过零点的采集；
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Subject / Department / Author - September 27, 2018
项目总结
Conclusion
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基于反电动势的三相无刷直流电机控制
Three Phase BLDC Motor Control System, based on BEMF
组号： 组员： 学校： 第三届恩智浦杯创新设计大赛参赛作品 2009年___月___日
设计项目摘要
Abstract
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设计目的及主要功能 Design Purpose and Key Features
为了提高产品性能和系统功效，越来越多的可调速电机被设计进了诸如 家电等电子类和控制类产品。低速电机（缓慢改变负载或者速度）由于 其简单的控制算法而成为一种常用的应用方案。本设计希望通过使用更 多芯片上内置资源、以期达到在保证系统性能的前提下的更低成本和更 高效能的目的。 本设计的功能主要体现为，实现了过零检测反电动势，并对电机进行相 应的控制，用户可以根据需要在本系统上做二次开发。基本实现复杂高 速通信接口的功能，使得电机用户也能快速方便地使用。
选型理由：
– 100MHz 主频和 Cortex-M3 指令为系统的高效性提供保证 – 丰富的片内外设资源提供系统的高集成度和低成本
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Subject / Department / Author - September 27, 2018
功能描述
Function Description