无刷直流电机控制技术综述
无刷直流电机控制技术综述
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为省＿上位置传感器，文献［５］根据各相反电势随转子 位置改变的原理提出ｒ端电压检测法，把二相端电压经
低通滤波器延时９０。电角度，再经比较电路得出触发逻辑
１无刷直流电机的发展趋势
随着高陆能水磁捌料、微电子技术、自动控制技术和 电力电子技术特别是大功率半导体器件的快速发展，永 磁同步电机得到了迅速的发展，由于其调速性能优越． 且体积小。重量轻、效率高、转动惯量小、不存在励磁损耗 问题，用此在各个领域具确Ｊ１阔的应用前景。永磁同步 电机按其上作原理、驱动电流和控制方式的不同，可分为 具有正弦波反电势的永磁同步电机（ＰＭＳＭ）和具有梯形 波反电势的永磁同步电机，后者又称为尤剁直流电机
用于伺服系统中。但位置传感器的使用增加了电机的体
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积，且需要多根信号线，这给无刷直流电机的微型化带来
了困难，也增加了电机制造的Ｔ艺要求和成本．
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动，该起动方式实现比较简单，但对切换时间要求较严，
当电机惯量不同或带一定负载起动时，切换时间需要渊
整．否则可能造成起动失败或电机反转现象，因此比较适
用于电机空载起动。文献［２１］采用了升频升压同步起动 方式，虽然能带一定的负载起动，但起动电路较为复杂； 怎样顺利切换也是个问题。文献［２２。深入分析了三段式 起动法的加速和切换过程中确保电机４ｉ失步的各自条 件，但在重载条件下，还是不能顺利完成起动过程。笔者 在实验系统的起动过程中，采取了固定换向频率，边加大
收槁Ｒ期：２０００
无刷直流电机的调速与控制技术
无刷直流电机的调速与控制技术随着科技的发展，电动机在各个领域的应用越来越广泛。
而无刷直流电机作为一种高效、可靠的电机，在许多领域得到了广泛的应用。
无刷直流电机的调速与控制技术是保证电机运行稳定性和提高其性能的重要一环。
一、无刷直流电机的工作原理无刷直流电机是一种基于电磁感应原理工作的电动机。
其核心部件是电机转子上的永磁体，通过感应电流产生的磁场与定子线圈产生的磁场相互作用，从而实现电机的运转。
相比于传统的有刷直流电机，无刷直流电机省去了电刷与换向器件，因此具有更高的效率和更长的寿命。
二、无刷直流电机的调速方法无刷直流电机的调速方法主要包括电压控制调速和电流控制调速两种。
1. 电压控制调速电压控制调速是通过改变电压的大小来控制电机的转速。
在实际应用中，最常见的方式是采用PWM (Pulse Width Modulation) 调制技术。
PWM技术通过调整电压的占空比，使得电机在一个固定的周期内以不同的占空比工作，从而实现不同的转速。
这种方法简单易行，但是对于大功率的无刷直流电机，其调速范围较窄。
2. 电流控制调速电流控制调速是通过改变电机定子线圈的电流来控制电机的转速。
常见的控制方法有开环控制和闭环控制。
开环电流控制是在电机定子线圈中加回馈电阻，通过改变反馈电阻的大小来调整电流。
这种方法结构简单，控制参数易调，但是系统稳定性较差，无法适应负载的变化。
闭环电流控制是在开环控制的基础上加入反馈环节，通过传感器测量电机的电流，并与设定的电流进行比较，通过PID控制算法来调整控制器输出的电压，从而控制电机的转速。
这种方法可以提高系统的稳定性和动态响应性能，适用于对转速精度和系统稳定性要求较高的应用。
三、无刷直流电机的控制技术无刷直流电机的控制技术是实现电机调速的重要手段之一。
根据不同的应用场景和需求，可以选择不同的控制方法。
1. 速度控制速度控制是无刷直流电机最基本的控制方式。
通过改变电机的输入提速，可以控制电机的转速。
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。
无刷直流电机的原理和控制——介绍讲解
无刷直流电机的原理和控制——介绍讲解无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种采用电子换向器而不是机械换向器的电动机。
与传统的直流电机相比，无刷直流电机具有更高的效率、更小的体积和更低的噪音。
本文将介绍无刷直流电机的原理以及其控制方法。
一、无刷直流电机的原理无刷直流电机由转子和定子组成，其中转子是由多个极对磁铁组成，定子则由多个绕组分布在电机的周围。
当电流通过定子绕组时，会在定子上产生一个旋转磁场。
根据洛伦兹力定律，当磁场与转子上的磁铁相互作用时，会产生一个扭矩，从而使转子转动。
传统的直流电机通过刷子和换向器来反转电流方向，从而使电机转动。
而无刷直流电机则通过电子换向器来实现换向。
电子换向器由电子器件（如晶体管或MOSFET）组成，可以实现对电流方向的快速控制。
具体来说，当电流进入电机的一个绕组时，电子换向器会关闭这条绕组上的电流，并打开下一条绕组上的电流。
通过不断地切换绕组上的电流，电子换向器可以实现对电机转子的连续控制，从而实现转向。
二、无刷直流电机的控制方法1.传感器反馈控制在传感器反馈控制中，电机上安装了传感器来检测转子位置。
最常见的传感器是霍尔传感器，用于检测磁铁在固定位置上的磁场变化。
传感器会将检测到的位置信号反馈给控制器，控制器根据这个信号来判断何时关闭当前绕组并打开下一个绕组。
传感器反馈控制方法可以提供更准确的转子位置信息，从而实现更精确的控制。
然而，传感器的安装和布线会增加电机的成本和复杂性。
2.无传感器反馈控制无传感器反馈控制（或称为传感器逆变控制）是一种通过测量相电压或相电流来估计转子位置的方法。
在这种方法中，控制器会根据测量的电压或电流值来估计转子位置，并基于此来控制绕组的开关。
无传感器反馈控制方法可以减少电机系统的复杂性和成本，但在低速或高负载情况下可能会导致转矩波动或失控。
3.矢量控制矢量控制是一种高级的无刷直流电机控制方法，通过测量电流和转子位置来实现电机的高精度控制。
无刷直流电机控制技术综述
无刷直流电机控制技术综述一、本文概述随着科技的飞速发展和工业自动化的深入推进，无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）控制技术日益受到广泛关注。
无刷直流电机以其高效、节能、长寿命等优点，在电动工具、电动车、航空航天、机器人等领域得到广泛应用。
本文旨在对无刷直流电机控制技术进行综述，介绍其基本原理、发展历程、主要控制策略以及未来发展趋势，以期为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考。
本文将对无刷直流电机的基本结构和工作原理进行简要介绍，为后续的控制技术分析奠定基础。
通过回顾无刷直流电机控制技术的发展历程，揭示其从简单的开环控制到复杂的闭环控制，再到智能控制的演变过程。
接着，重点介绍几种主流的无刷直流电机控制策略，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等，并分析它们在不同应用场景下的优缺点。
还将探讨无刷直流电机在高速、高精度、高效率等方面的特殊控制需求及其解决方案。
本文将对无刷直流电机控制技术的未来发展趋势进行展望，包括控制算法的优化与创新、新型功率电子器件的应用、以及电机与控制系统的一体化设计等。
通过本文的综述，读者可以对无刷直流电机控制技术有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的启示和指导。
二、无刷直流电机的基本原理与结构无刷直流电机（Brushless Direct Current，简称BLDC）是一种采用电子换向器替代传统机械换向器的直流电机。
其基本工作原理和结构与传统直流电机有所不同，因此在控制上也具有其独特之处。
基本原理：无刷直流电机的工作原理基于电子换向技术。
它利用电子开关器件（如功率晶体管或功率MOSFET）实现对电机电流的换向控制，从而改变了电机转子的旋转方向。
与传统直流电机相比，无刷直流电机省去了机械换向器和电刷，因此具有更高的运行效率和更长的使用寿命。
结构特点：无刷直流电机主要由定子、转子和电子换向器三部分组成。
定子通常由多极电磁铁构成，而转子则是一个带有永磁体的圆柱形结构。
无刷直流电机控制器的综述【文献综述】
文献综述电气工程及自动化无刷直流电机控制器的综述摘要：实现由专用集成芯片及外围电路构成的一种体积小、结构紧凑、调试方便的无刷直流电机控制器，实现电机的正反转，并分析了各部分的电路结构。
关键词: MC33035; MC33039;无刷直流电机;控制器;1引言无刷直流电机是随着大功率开关器件、专用集成电路、稀有永磁材料、微机、新型控制理论及电机理论的发展而迅速发展起来的一种新型电动机，它比交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗、调速性能好等特点，因此在当今国民经济的各个领域(如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面) 的应用日益普及。
2无刷电机的控制结构及原理所谓无刷直流电动机是利用半导体开关电路和位置传感器代替电刷和换向器的直流电动机，也就是，它是把电刷与换向器的机械整流变换为霍尔元件与半导体功率开关元件的电子整流。
无刷直流电机由转子和定子两部分组成，转子用永磁材料制成，构成永磁磁极，定子由绕组和铁芯组成，定子铁芯由导磁硅铁片迭压而成，其周上均匀分布的槽中嵌放有很多相电枢绕组。
直流无刷驱动器包括电源部及控制部：电源部提供三相电源给电机，控制部分需要转换输入电源频率。
图一电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器转成直流。
不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先用换流器将直流电压转换成3 相电压来驱动电机，换流器一般由6个功率晶体管分为上臂(A+、B+、C+)臂(A-、B-、C-）连接电机作为控制流经电机线圈的开关。
控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器换相的时机。
直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器作为之闭回路控制，同时也作为相序控制的依据。
要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor 感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，如下（图二）inverter 中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。
无刷直流电机控制技术综合
电压两两 比较直接 得 出触 发逻辑信 号 的方法 ， 整个运 在 行段 ， 根据不 同的转速 ， 在两个位置检 测电路之间进行切 换。随着微处理器 的应用 ， 利用软 件的延 对方法 可 以完
全简化端 电压检测法的位 置检测 电路。文献 ［ ］ 出用 ７提
三 相端 电压 和 比较 电压 间 接 得 到 绕 组 反 电势 的 过 零 点 ，
积， 且需要 多根信号线 ， 给无刷 直流电机的微型化带来 这
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为省去位置传感器 ， 文献 ［ ］ ５ 根据各相 反电势 随转子 位置改变的原理提 出 了端 电压检 测法 ， 三相端 电压经 把 低通滤波器延 时 ９ 。 ０ 电角度 ， 再经 比较电路 得出触发 逻辑 信号。但该方法存在着低通滤 波器 在电机低速时延对不
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（ ｈｊ ｎ ｎｖｒ ｔ ，ｈｊ ｎ ａ ｇｈ ｕ３ ２ ， ｈｎ ） Ｚ ｅ ａ ｇＵ ｉ ｓ ｙ Ｚ ｅｉ ｇＨ ｎ ｚｏ ０ ７ Ｃ ｉａ ｉ ｅｉ ａ １ ０
摘 要 ： 绍 了无 刷 直 流 电 机 的转 子 位 置 检 测 的 实 现 方 介
有效的方法 ， 利用 传感器 得 到的不 同位置信 号经过 门 电 路、 模拟开关或专用芯 片就 可以得 到不 同的触 发逻辑 信
号 ， 现 触 发 状 态 的 自动 切 换 ． ， 着 微 处 理 器 的 应 实 ４ 随 Ｊ
法， 并提 出了各 种控制策略 ， 分析 了产生转矩脉 动 的各种原 因 及无 位置传感器 的无刷直流 电机 的多种起 动办法 。 关键 词 ： 无刷 直流 电机 ； 转子位 置检测 ； 无位 置传感 器 ； 转
无刷直流电机驱动控制综述
无刷直流电机驱动控制综述一、引言随着微电子技术的发展和永磁材料磁性能的不断提高，永磁无刷直流电机近年来受到普遍重视，并且取得了很大的发展。
永磁无刷直流电机具有调速方便、结构简单、维护简便、电磁污染小、功率密度大等优点，在伺服系统及小功率拖动系统中得到了广泛的应用。
然而，由于电机本身结构以及馈电系统等方面的原因，无刷直流电机具有较大的转矩波动，这限制了其在精密传动和大功率驱动等系统中的应用；另外，转矩波动导致电机振动加剧，噪声增加，也影响了电机寿命。
而且位置传感器的存在不但增加了电机的自身尺寸，使内部结构变得复杂，同时也大大限制了无刷直流电机在一些系统要求较高(如卫星仪器)条件下的应用。
国内外学者针对这两个问题进行了大量的研究，提出了各种不同的解决控制方案。
二、转矩波动针对转矩波动，我国各大高校学者做了大量的研究。
1、自抗扰控制器《中国电机工程学报》2006年24期[1]夏长亮老师提出了抗扰控制器来抑制转矩脉动。
抗扰控制器是基于跟踪微分器(TD)安排过渡过程、扩张状态观测器(ESO)估计系统状态、模型和外扰由非线性反馈控制律(NLSEF)来给定控制信号的一种非线性控制器。
它通过非线性变换，将非线性结构转化为线性系统的积分串联结构，从而实现了动态系统的反馈线性化。
设有受未知外扰作用的非线性不确定对象为x(n)=f(x,ẋ,……x(n−1),t)+w(t)+bu (1)式中：f(x,ẋ,……x(n−1),t)为未知函数；w(t)为未知外扰；x(t)为量测输入；u 为控制输入；b 为控制。
输入系数。
对应的自抗扰控制器结构如图 1 所示。
图1、自抗扰控制器结构图根据永磁无刷直流电机自身特点以及自抗扰控制器的设计原则，将电机等效为由 2 个非线性系统构成的积分串联型对象，设计了 2 个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制，即外环控制转速并给出内环转矩参照值，内外控制转矩以抑制转矩波动，最终以逆变桥直流侧电压为控制输入，电角速度ω为量测输入，自抗扰控制方案如图2所示：图2、抑制转矩波动的自抗扰控制框图在自抗扰控制器中，系统的外扰和内扰处于同等地位，而扩张状态观测器能够快速地跟踪电磁转矩输出并给出转矩子系统的实时作用值。
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无刷直流电机控制技术综述
作者：黄秀勇
来源：《山东工业技术》2017年第14期
摘要：在十九世纪电机诞生的时候，其中实用性的电机就是无刷的形式，其得到了广泛的运用，随着时代的发展，在上世纪中叶的时候晶体管诞生，直流无刷电机也随之应运而生，无刷直流电机的应用十分广泛，在各个领域都有涉猎。
关键词：直流无刷电机；技术研究；控制技术
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.201
0 引言
经过不断的演变与发展，无刷直流电机综合了交流电机和直流电机的全部优点出现在人们的视野当中，它的出现大大的提高了生产的效率，减少了能源的消耗，得到了广泛的应用和普及。
在电机领域中，新型无刷电机的品种众多，其性能和价格都不尽相同，就其的控制来说具有多种方法。
1 无刷直流电机的特点
随着科技的发展，无刷直流电机的出现代替了许多传统的电机，在各个领域都得到了广泛的应用，它具有传统直流电机的全部优点，但同时又除去了碳刷、滑环结构，它在投入使用的过程中具有速度很低的优点，这就大大的减少了用电率，虽说其速度低但其产生的功率却十分巨大，其体积小、重量轻的优点省去了减速机的超大负载量，在使用的过程中效率十分高。
由于其除去了碳刷，所以减少了很多消耗，这就使它的省电率相当高，再加上其在运作时不会产生火花，对于一些爆炸性的场所来说更具备安全性，对其的维修和保养方面来说也是十分容易的。
综合其特点来看，和其他种类的电机相比其优异性非常显著，因此，无刷直流电机凭借着其充分的优势在很多场合都发挥着重要的作用。
2 转子位置检测技术
逆变器功率器在进行运转的时候，转子在进行运转的时候位置会发生改变，在其位置发生改变的同时会触发组合，使其组合的状态进行不同的改变，这就是无刷直流电机的运行原理，由此看来，想要准确的控制无刷直流电机的运行就必要确保转子的位置，与此同时还要对转子触发的功率器件组合进行相应准时的切换，想要做到这一点是相当困难的。
通过科技水平的不断提高，相关学者提出了检测转子位置的一种新的办法。
首先准备一些非磁性导电质地的材料，把这些材料粘在永磁转子的外部；其次，相关设备在工作时会使非磁性材料上产生涡流效应，进而使转子的位置发生相应的改变，最后通过观察检测电压来确定转
子的位置。
这种方法能够确保电机的运转和起动，但是由于这种方法需要使用特殊的电机，所以应用不甚广泛。
3 速度调节控制
在实际运作中，需要使用一些高性能的调速系统对其进行控制，选择一个适用于其整个系统的控制策略是十分重要的。
有学者提出用降压型载波电路来进行调速，还有的学者提出用两象限载波电路来进行调速，这两种方法都可以对电流的脉动起到很好的抑制作用。
采用速度调节的方法来对其进行控制，不失为一种有效可行的方法，在未来的发展道路上还会出现更多的控制方法，对于电机的发展有着重要的意义，对人类生活的进步有着重要的作用。
4 双模控制技术
无刷直流电机具有众多的优势，但其也存在一些缺陷，其中一点就是其无位置传感器控制的起动技术存在缺陷，而针对这个缺陷应运而生的是通过双模式运行来对其进行控制的方法。
从而使其不仅可以在有位置传感器模式下进行运行，还可以在无位置传感器模式下进行运行，当运行过程中，传感器的信号没有发生问题时，电机就使用有位置传感器模式，当传感器信号发生问题时，则使用无位置传感器模式。
两种模式的相互补充，能够让电机运行的状态更加的稳固，使电机正常运行为设备提供动力。
5 抑制转矩脉动
在一些具体的运转中，转矩脉动问题的产生会直接对无刷直流电机在交流随动系统中的使用产生影响，转矩脉动对其运转会产生非常不好的影响，由此可见，对于转矩脉动的抑制控制非常关键，这关系到随动系统的服务性能，对无刷直流电机的影响也是至关重要的，导致这一现象的原因有三个方面。
首先，由于齿槽效应和磁通畸变都会引起转矩脉动，针对这一方面可以从对电机的设计来进行弥补；其次谐波也会引起转矩脉动，这就要求相关人员对谐波进行分析，掌握其规律，减少其引起的转矩脉动；最后，相电流换向也会引发转矩脉动，针对这一问题，可以使用滞环控制来对其进行抑制，从而使转矩脉动得到相应的抑制，促使电机能够更好的运作。
6 空间矢量控制
无刷直流电机在反电势波中分为准正弦波和正弦波，在其应用的过程中，可以采用方波驱动方式或者正弦波驱动方式。
不同的反电动势会形成不同的电流波形，在这方面相关工程都采用磁链轨迹法，这种方法把逆变电路和电机相互结合起来进行研究，找到一个关键的地方作为基础，然后通过切换逆变电路的开关器件，使其矢量无尽的接近磁链圆，从而达到对脉冲宽度调制的控制，这种方法对开关的损伤极其小，用电率十分高，对于谐波的产生也是十分小的，由此可见此种方法是十分有效可行的。
7 电机的起动
针对于有无位置传感器的无刷直流电机来说，其起动存在不同的问题。
无位置传感器的无刷直流电机起动存在一定的问题。
对这个问题有相应的解决办法，一般采用其他的控制方式来对电机进行加速，然后在这过程中使其切换到自动控制的方式，此外，采用固定换向频率也能够对这个问题进行解决，这种办法相对比较稳定，能够抵挡其他方面带来的干扰因素，效果更为显著。
8 结束语
随着科技的不断进步，无刷直流电机及其控制会得到更好的发展，在其性能的提高和功能的改善上都将会有一个质的突破。
虽然说它集各种电机的优点于一身，并且在现今的各大领域都在进行着广泛的使用，但是还存在着一些问题亟待解决，我们相信随着微电子技术和相关技术的发展能够使这些问题得到解决，让人们的生活更加的便利，使我国国民经济的发展也更加的蓬勃向上。
参考文献：
[1]林潇，潘双夏，胡晓杭.一种无位置传感器BLDC零启动的纯硬件实现方法[J].浙江大学学报：工学版，2008，42（09）：1591-1596.
作者简介：黄秀勇，男，山东济宁人，本科，高级讲师，高级技师，系主任，研究方向：电气工程及其自动化。