无刷电机之无感方案控制难点解析
直流无刷电机无位置传感器控制方法
直流无刷电机无位置传感器控制方法摘要：在直流无刷电机的使用过程中，不能很准确的接收换相信号，因此，就导致该电机无法实现对换相良好的控制，为了解决这类问题的出现，本篇文章将对直流无刷电机中无位置传感器进行研究与分析，并且找到有效的控制方法。
具体的方法是利用电机内部的各种装置之间的联系，来建立出一个直观的电机模型，之后通过电机内部反电势力的不断变化来研究反电势对于换相位置的影响，在经过一定的计算从而能够保证换相信号的准确性，最终实现对其良好的控制。
本篇文章通过具体的试验与测试来对控制的方法进行验证，最终得出，通过上述的方法，能够实现对其换相的控制。
关键词：直流无刷电机；传感器；换相位置；控制效果前言随着经济与技术的共同发展，使得各种工业也得到了快速的发展，由于直流无刷电机在使用的过程中效率非常高且其的构成比较简单，使得直流无刷电机在各个领域中都被广泛地应用，其中包括航天、汽车、家电、工具等等。
与以往的有刷的电机来说，直流无刷电机的组成部分少了电刷这一部分，但是直流无刷电机的作用原理却比有刷的更为复杂。
在直流无刷电机的使用过程中，可以适当地将电机的电路进行调整，从而更好地实现对于换相信号的收集，实现对其的控制，并能够有效地缩小该电机的体积。
一、直流无刷电机的主要构造在直流无刷电机的使用过程中，主要是通过内部的传感器来对换相位置进行检测。
传感器的种类非常多样，最常见的一般为电磁式传感器、光电式传感器以及霍尔式传感器这三种类型，根据需求的不同来选择合适的传感器类型。
与其他的传感器相比，霍尔式传感器的使用成本比较低，且具有较强的性能条件，因此，该类型的传感器被使用得更加广泛。
为了保证直流无刷电机使用的效率，需要对其进行有效地控制，从而提高对于换相信号搜集的准确性。
二、背景介绍随着经济与技术的共同发展，使得人们对于电机的需求越来越大，随之对电机也有了更高的标准。
过去，大多数使用的是直流有刷电机，但这种电机存在诸多缺陷，无法满足需求。
无刷直流电动机无位置传感器调速系统综述
1. 无刷直流电动机的结构
位置传感器，用来检测主转子在运行过程中的位置。它不电子换 向线路一起，代替了有刷直流电动机的机械换向装置。
2. 无刷直流电动机的原理
在无刷直流电动机中，根据位置传感器或其他位置检测方法得到 的位置信号，通过电子换向线路驱动不电枢绕组相连的功率开关器件， 使电枢绕组依次馈电(被控制装置，向控制点的电反馈)。随着转子的 转动，导通相应的功率开关器件，使得某一磁极下导体中的电流方向 始终保持丌变，从而在主定子中产生跳跃式的旋转磁场，拖动永磁转 子连续旋转。
换向控制电路方面：
随着科技的发展，电子换向控制器绊历了模拟控制电路、模拟数 字混合控制电路、与用集成控制电路、微处理器控制电路、数字信号 处理器控制电路等阶段。 从发展趋势上看，以DSP(Digital Signal Processor，数字信 号处理器)为核心的控制电路已绊成为无刷直流电机电子换相控制器 的发展方向。
3. 位置传感器简介
位置传感器主要在转子位置检测方面发挥着作用：无刷直流电机 运行过程中需要丌断地根据转子的位置信号来进行正确的换向，转子 信号一般由位置传感器来获得。 常用的位置传感器有光电式、磁敏式、接近开关式、谐族式、高 频耦合式等。
位置传感器的缺点：
(1)增大电机尺寸； (2)传感器信号传输线太多，容易引起干扰； (3)高温、低温、污浊空气等恶劣工作条件会降低传感器可靠性；
转矩脉动的根本原因在于气隙合成磁场和定子绕组相电流的波动。 因此要减小转矩脉动，就应该采取措施保证气隙合成磁场和相电流的 稳定。
2. 无位置传感器转子位置检测
前文已绊介绉了“反电动势法”，但这种方法的基本原理是建立 在忽略电枢反应影响的前提下的，这在原理上就存在一定误差。而丏 在起动和低速时，反电动势法丌再适用。 因此，转子位置检测仍是无刷直流电动机研究的一个重要问题。
无刷直流电机无位置传感器控制的研究
最后， 确立了以Ｍ ５Ｆ０ 为核心的 Ｃ６８５ 无刷直流电机无位置传感器控制系统的硬 件系统， 搭建了 相应的 硬件实验平台。 Ｃｄｗｒｏ集成开发环境下完成了整个 在 ｏｅａｉ ｒｒ
无刷直流电 机无位置传感器控制系统的软件设计。实验证明， 所研制的试验软硬 件平台能很好地完成无刷直流电机无位置传感器控制功能，控制系统结构简单、响
ｈ ｄ ａ ｐ ｔｒ ａ ｔ ａ ｏｉｅ ｓ ｔａ ｄｓ ｎ ｓ ｐ ｇｏ ｓ ｓ ｌｓ ｔｌ ａ ｗ ｒ ｌｆｍ ｈ ｓ ｃｔ ｏｗｒ ｅｇ ｃ ｕ ｌ ｏｄ ｏｅ ｃ ｒ ｒ ｅ ｏ ｎ ｅ ａｄ ｅ ａ ｐ ｙ ｅ ｒｓ ｏ ｏ ａ ｄ ｓ ｆ ｉ ｎ ｎ ｎ
ｃ ａｉ ｙ ｉ ｉ ｔｇ ｓ ｓ ｌｓ ｔｌ ｔ ｃ ｇ ａｙ ｅ ｔ ｒ ｕ ｅ ａ ｂｉ； ｃ ｉ ｔ ｅ ｏ ｅ ｃ ｒ ｓ ｅ ａ ｒ ｔ ｍ ｔ ｅ ｉｄ ｐ ｌ ｎ ａｎ ｈ ｎ ｒｓ ｏ ｏ ｙ ｍ ｎ ｅ ｌ ｅ ｈ ｑ ｒ ｔ ｄ ｅ ｎ ｓ ｅ ｐｒ ｒ ａ ｅａｄ ｅ ｅｍ ｎ ｌ ｌ ｈｖ ｓｏ ｎ ａ ｕａ ｒ ｉｒ ｐｎｅ ｅ ｏ ｎ ， ｔ ｘ ｒ ｅｔ ｒ ｕｓ ｅ ｗ ｔ ｃ ｒ ｙ、 ａ ｄ ｏｓａｄ ｆｍ ｃ ｎ ｈ ｐ ｉ ａ ｅ ｔ ａ ｈ ｈ ｃ ｃ ｅ ｓ ｅ ｐ ｅ ｓ ｎ
机只能停留 在理论研究阶段，而无法推广使用。１ ５年， ９ ５ 美国 ＤＨｒｓ ．ａｉｎ等人首 ｒｏ
次申 请了 用晶体管换向 线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着现代无刷直 流电机的诞生。 ９２ 借助于霍尔元件的位置检测装置实现换向的无刷直流电机 １６ 年， 研制成功。 直至 １７ 年，原西德 ＭＡ Ｎ Ｓ Ｎ 公司的 Ｉ ｒ ａ 分部在汉诺威 ９８ Ｎ Ｅ ＭＡ Ｎ ｎａ ｔ ｄｍ 贸易博览会上，正式推出ＭＡ Ｃ永磁无刷直流电 机及其驱动系统，无刷直流电 机才
无刷直流电机无位置传感器控制方法综述
无刷直流电机无位置传感器控制方法综述所谓的无位置传感器控制，正确的理解应该是无机械的位置传感器控制。
在电机运转的过程中，作为逆变桥功率器件换向导通时序的转子位置信号仍然是需要的，只不过这种信号不再由位置传感器来提供，而应该由新的位置信号检测措施来代替，即以提高电路和控制的复杂性来降低电机的复杂性。
所以，目前永磁无刷直流电机无位置传感器控制研究的核心和关键就是架构一转子位置信号检测线路，从软硬件两个方面来间接获得可靠的转子位置信号，借以触发导通相应的功率器件，驱动电机运转。
1.反电势过零点法（端电压法）：基于反电动势过零点的转子位置检测方法是在忽略永磁无刷直流电机电枢反应影响的前提下。
通过检测断开相反电动势过零点。
依次得到转子的六个关键位置信号。
但是存在如下缺点：反电动势正比于转速，低速时不能通过检测端电压来获得换相信息故这种方法严重影响了电机的调速范围。
使电机起动困难；续流二极管导通引起的电压脉冲可能覆盖反电动势信号。
尤其是在高速、重载、或者绕组电气时间常数很大等情况下，续流二极管导通角度很大，可能使得反电动势法无法检测。
反电势过零检测法的改进策略：针对以上缺点,利用神经网络的非线性任意逼近特性, 提出一种基于神经元网络的电机相位补偿控制。
首先由硬件电路获得有效的反电动势信息, 再利用BP 神经网络进行正确相位补偿, 实现无刷直流电机的无位置传感器控制, 获得了较好的效果[1]。
还有一种采用人工神经元网络的永磁无刷直流电机反电势预测新方法, 采用神经元网络方法对永磁无刷直流电动机反电势波形准确预测的结果进一步用于电机动、静态特性的仿真或预测, 这将比假设电机反电势波形为理想正弦波或梯形波所进行的仿真更接近电机的实际运行结果。
较之传统的路和场的计算方法, 达到了快速性和准确性的统一, 且由于神经元网络的自学习神经元网络成功训练后, 就可以用以预测所研究类型的永磁无刷直流电机的反电势波形[2]。
直接检测法，通过比较逆变器直流环中点电压和电机断开相绕组端电压的关系, 直接检测到断开相绕组反电动势的过零点, 再将该过零点延迟30°电角度即可获得无刷直流电机绕组换相所必须的转子位置信号。
无感无刷电机控制电路知识点
无感无刷电机控制电路知识点
无感无刷电机控制电路是一种常见的电机控制方案，其特点是具有高效、低噪音和可靠性强等优点。
下面将从控制原理、电路设计和应用场景三个方面进行介绍。
一、控制原理
无感无刷电机控制电路的核心是通过传感器检测电机转子位置，然后按照一定的算法控制电流进行驱动。
与传统的有刷电机相比，无感无刷电机不需要刷子与转子直接接触，大大减少了摩擦和磨损，提高了电机的寿命和稳定性。
二、电路设计
无感无刷电机控制电路通常由功率电路和控制电路两部分组成。
功率电路主要包括电机驱动芯片、功率管和滤波电路等，用于将控制信号转化为电机驱动所需的高电流和高电压。
控制电路主要由微控制器或数字信号处理器组成，负责接收传感器反馈信号、计算电机的转子位置和速度，并实时调整电流输出，控制电机的运行状态。
三、应用场景
无感无刷电机控制电路在众多领域有着广泛的应用。
在家电领域，它常用于空调、洗衣机和冰箱等产品中，可实现高效、节能的运行。
在工业自动化领域，无感无刷电机控制电路广泛应用于机器人、传送带和自动化生产线等设备中，提高了生产效率和精度。
此外，无感无刷电机控制电路还被应用于电动车、无人机等交通工具中，以
提供高效、稳定的动力输出。
总结：无感无刷电机控制电路是一种高效、低噪音、可靠性强的电机控制方案。
通过传感器检测电机转子位置，控制电路实时调整电流输出，实现对电机的精确控制。
该技术在家电、工业自动化和交通工具等领域具有广泛的应用前景。
永磁无刷直流电机的无位置传感器控制技术
永磁无刷直流电机的无位置传感器控制技术发布时间：2021-12-30T05:53:44.680Z 来源：《中国科技人才》2021年第24期作者：唐波[导读] 永磁无刷直流电机有着高效率、长寿命、低噪音和机械性能好的显著优势，在航空航天、汽车、家用电器和军事等领域应用广泛。
随着社会经济和科学技术的高速发展，工业生产技术水平得到了很大提升，永磁无刷直流电机取得了显著的发展成就，与传统永磁有刷直流电机对比而言，现代永磁无刷电机保障各项设备安全稳定运行的能力更强，具有良好的控制性能，有利于提高企业的生产效率。
基于此，本文将概述无刷直流电机的基本结构和工作特点，并探讨永磁无刷直流电机控制技术。
唐波山东黄金集团蓬莱矿业有限公司摘要：永磁无刷直流电机有着高效率、长寿命、低噪音和机械性能好的显著优势，在航空航天、汽车、家用电器和军事等领域应用广泛。
随着社会经济和科学技术的高速发展，工业生产技术水平得到了很大提升，永磁无刷直流电机取得了显著的发展成就，与传统永磁有刷直流电机对比而言，现代永磁无刷电机保障各项设备安全稳定运行的能力更强，具有良好的控制性能，有利于提高企业的生产效率。
基于此，本文将概述无刷直流电机的基本结构和工作特点，并探讨永磁无刷直流电机控制技术。
关键词：永磁无刷电机；控制技术；智能控制引言如今，节能减排已经成为经济与能源可持续发展的必由之路，是我国工业化发展的重要方向和重要目标，永磁无刷直流电机有着低耗能、高效率和应用广的显著优势，是国家大力支持的绿色环保高新技术项目，符合目前机电产品小型化、模块化和智能化的发展要求，具有很广的发展前景。
在材料科学技术高速发展的背景下，高性能半导体元器件不断涌现，导磁材料磁性有了大幅度提高，这是推动电机行业快速发展的重要力量，与此同时，传感器技术的进步，直接增强了角位置传感器的性能、精度和稳定性，大大提高了永磁无刷直流电机的控制精度，所以，探讨永磁无刷直流电机及其控制技术，有利于充分发挥我国是世界上最大稀土储藏国这一优势，对推动高效节能电机系统构建和促进工业生产低碳化具有重要意义。
(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。
无位置传感器无刷直流电机控制关键问题研究
１ 引 言
无 刷 直 流 电机 （ Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ ） 完 全 具 有传 统 直
流 电机的所有优 良性 能 ，但去 除了 电刷 ，避免 了 传 统 直 流 电 机 的 缺 点 。 相 较 于 交 流 感 应 电 机 ，其效率和 控制性能 亦有绝对 的优势 Ｊ 。在 机 车牵 引，水 泵，风扇 ，家 电等场合得 到广泛 应 用 。 无 位 置 传 感 器 无 刷 直 流 电 机 在 无 刷 直 流 电机的基础 上进一步取消 了位置传感器 ，使电 机 结构更 为紧凑 ，进一 步降低了 电机成本 ，减 少了电机维修费用，扩 大了电机应用场合 。 但无位置传 感器无刷直流 电机控制 系统存 在 一 些 技 术 上 的 难 点 。 无 刷 直 流 电机 无 论 是 启 动还是换 相，都 需要 能精确 的判定 转子位置 ， 而 无 位 置 传 感 器 无 刷 直 流 电机 转 子 位 置 判 定 是 难点 。同时， 电机在 启动阶段 ，很 多系统状态 量 尚未 进 入 稳 定 状 态 ， 此 时 的位 置 检 测 更 为 不 易 ，电机 容易 出现震 荡甚至启动 失败。在稳定 状 态 下 ， 大 多 数 位 置 检 测 方 法 都 有 电 容 的 出 现 ，电容导致 的相位 延迟给位置信 号的检测带 来 固有 的 误 差 ， 导 致 换 相 时 刻 不 准 确 ， 电机 转 矩 脉 动 明 显 。为 了 解 决 这 些 问题 ， 科 技 工 作 者
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无刷电机之无感方案控制难点解析
无刷无感控制在实际应用中极为广泛，人们对它的研究也尤为以久，它的控制难点主要有两点：第一，电机的启动；第二，转子位置的检测。
对于高压无感方案来讲，除了软件上的难点之外，硬件设计也不容忽视，如硬件设计稍有不当，会导致整个控制板的干扰很大，从而加大了整个方案成功的难度。
以下我们主要针对低压的无感方案进行讨论，对于低压的无感方案来讲，市面上的硬件设计都大同小异，检测转子的位置的方式也都几乎都采用反电动势检测法。
1、为什么无感方案电机的启动如此困难？
对于无刷电机来讲，电机的运转是靠电子开关控制换相，那么想要电机正常高效的运转，就必须要知道转子的位置之后，才能正常换相，问题来了，电机没有传感器，也没有转起来，所以转子的位置就不得而知了，所以无感的启动就要自转启动，先让电机以一定的速率自转，在电机自动的过程中，我们通过检测反电动势来得知转子的位置，从而得到正确的换相的相位。
电机的自启动说起来简单做起来难，本人在调试众多无感方案的过程中，总结出以下几点经验供参考：
（1）、首先是自转，自转一定要让电机运转顺畅，不能打抖，同时也不能造成大电流。
这是启动成功的非常关键的一步。
具体如何达到这个效果，就要各位在调试的过程中调节PWM占空比以及换相时间的长短了。
（2）、启动步数不能太少，也不要过多，一般十来步就够了，等电机运行十来步后开始检测反电动势，当检测到正确的反电动势后这时候电机就正常运转起来了。
2、如何检测反电动势
检测反电动势的方法有两种，第一是用单片机内部AD采样反电动势信号来进行比较，第二是用比较器直接比较。
这两种方法思路都是一样，但依个人的经验来看，用比较器的方案更可靠，性能更好，特别是电机转速要求非常高时，用AD采样方法几乎是行不通的。
虽然用比较器方案更有优势，可为何在市面上用AD采样的方式也非常常见？这个主要是因为产品成本的问题。
用比较器方案做，要不在外部加一个比较器IC，不仅增加成本，同时也增大PCB 的布板空间，其二就是找一个内部带AD的单片机，而这种单片机相对来讲通常价格偏高一些。
下图为检测反电动势的电路参考图：
这是个AD检测方案、比较器比较方案通用的电路图，如果单片机有比较器，那就接到比较器的那个端口，如果没有，就必须要接到AD口。
以比较器方案为例，当电机自转完成后，打开比较器中断（比较对象为：中点电压与悬空相的电压值），当比较中断到来时，立即换相，换相后再设置比较器的比较对像，即中点电压与当前悬空相的电压值，以等待下一次比较中断的到来。
以上控制方式是没有延时30度的控制方式，在一般的控制系统中，此控制方式可行，特别是做无感大电流大扭力的方案，不延时的控制方式反而会更加稳定，带载能力会更强。
当然这样做也有弊端，就是效率不如增加30度延时的高。
具体用什么方式来做，就得看实际的产品了。