无刷直流电机智能控制的方法

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一种改进的无刷直流电机控制方法

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｆｕｘｌｉｎｋａｇｅｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ；ｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ（ＢＬＤＣＭ）；ｏｍｍｕｃｔａｔｉｏｎ
摘
要：利用速度无关磁链函数法原理，提出一种可以忽略定子电感的无位置传感器改进算法。通过实
时检测无刷直流电机三相端电压和母线电流大小，并利用定子电阻进行实时计算，获得无刷直流电机换相时刻，从而实现无刷直流电机无位置传感器控制。该方法实现简单、控制方便，能够准确检测出无刷直流电机转子位置信号。通过对短时脉冲法进行研究，提出一种改进的起动算法。试验结果验证了上述方法的可行性和有效性，达到了预期效果。
控制与应用技术ｌＥ帅。Ａ
电毋乙与宜制应闭２０１５，４２（１）
一
种改进的无刷直流电机控制方法
陈华锋，宋辉，王占强
４５００１５）（中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南郑州
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｔｈｅｏｒｙｏｆｓｐｅｅｄ — ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｆｕｘｌｉｎｋａｇｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｓｃｈｅｍｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒＢＬＤＣＭｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｓｔａｔｏｒｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ．ＴｈｅｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｉｎｓｔａｎｔｓｏｆＢＬＤＣＭｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｒｅａｌｉｔｍｅｂｙｍｅａｓｕｉｒｎｇｈｒｔｅｅｐｈａｓｅｔｅｒｍｉｎａｌｖｏｌｔａｇｅｓａｎｄＤＣｌｉｎｋｃｕｒｒｅｎｔｎｄａｕｔｉｌｉｚｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｏｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅ，ｉｔｗａｓｅａｓｙｔｏｒｅａｌｉｚｅｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏ１．ＴｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｗａｓｓｉｍｐｌｅｔｏｒｅａｌｉｚｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔＯｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄｉｔｃｏｕｌｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｃｔｔｈｅｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｉｇｎ１．ＡｎａｉｍｐｒｏｖｅｄｓｔａｒｔｓｃｈｅｍｅＷａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｏｎｔｈｅｓｈｏｒｔｖｏｈａｇｅｐｕｌｓｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｍｅｔｉｏｎｅｄａｂｏｖｅｄｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｓａｎｄｔｈｅａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．

智能控制在无刷直流电机控制中的应用研究

ｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｏｆｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ；ｒｅｖｉｅｗ
后，对无刷直流电机智能控制的发展趋势做了展望。关键词：无刷直流电机；智能控制；综述中图分类号：ＴＭ３６＋１文献标志码：Ａ文章编号：１００１．６８４８（２０１３）１０ — ００８７．０４
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌｔｏＢＬＤＣＭＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ
ｇｒａｙｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｔｒｏｌ，ａｒｔｉｉｃｆｉａｌｉｍｍｕｎｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｏｔｈｅｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｖａ￣ｏｕｓｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓ

直流无刷电机控制原理

= Kt*sinθr*21/2I*sinθs+ Kt*sin(θr-120)*21/2I*sin(θs-120) + Kt*sin(θr-240)*21/2I*sin(θs-240)
= -3/2*kt*cos(θs-θr)*21/2I =KT*I 其中： θs－三相定子绕组产生的合成磁势的电角度，磁通落后磁势 90 度电角度，当定子绕组
1. 直流无刷电机的控制原理 1.1 直流有刷电机的工作原理
直流有刷电机由定子（产生主磁场）、转子（电枢）和换向装置（换向片和电刷）组成。直流有刷电机通过有刷换向使主磁极下的电枢导体的电流方向保持不变，从而使产生转矩的方向不变，使电动机的转子能连续旋转。为了使直流有刷电动机在电枢绕组流过电流时能产生最大转矩，必须正确调整有刷换向装置中电刷的位置。下面进行较为详细的讨论。（1）有刷换向装置的作用
3 电压平衡方程式： U = E + RM*IM + LM*di/dt
其中：U 为电枢端电压；IM 为电枢回路电阻；LM 为电枢回路电感。电压平衡方程式用来计算电动机的电枢电路。 ④ 运动平衡方程式：
TM – TL = JM*dω/dt = KJ*dN/dt 其中：JM 为电动机转子的转动惯量；KJ 为与转速单位和惯量有关的常数；N 为以 rpm 为单位的电动机转速；TL 为作用在电动机轴上的负载转矩。运动平衡方程式用来计算由电机轴上的合成转矩产生的角加速度，反之亦然。另外可以用来判断电动机的运行状态：
—3—
对两极电机而言，三相正弦交流电变化一个周期，即 360 电角度，合成磁场旋转一周，即 360 机械角度。如果在三相定子绕组中加入对应某瞬间的三相交流瞬时值的直流，则在空间产生一个固定位置按正弦分布的磁场。换句话说，给定一个合成磁场的空间位置，就可以得到合成这个磁场的定子绕组的电流值。

直流无刷电机的控制系统设计方案

直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言1.1 题目综述直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。

与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。

基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。

比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。

1.2 国内外研究状况目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。

外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。

当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。

近些年来，计算机和控制技术快速发展。

单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。

经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。

所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。

1.3 课题设计的主要内容本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。

选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。

本课题涉及的技术概括如下：（1）学习直流无刷电机的基本结构、工作原理、数学模型等是学习电机的前提和首要内容。

无刷直流电机pwm调速原理

无刷直流电机pwm调速原理：从实现到优化无刷直流电机（BLDC）已经成为现代工业中最受欢迎的驱动电机类型之一，其中最常见的控制方式之一是使用脉冲宽度调制（PWM）来实现电机转速控制。

本文将介绍BLDC PWM调速的原理，探讨其应用和优化方法。

1.BLDC PWM调速原理
BLDC电机通过能够确定电机行驶方向和旋转计数器的位置，由调速器交替地开启电机的三个相位，以控制BLDC转动速度。

使用PWM调速的方法是在电机引脚间交替应用高电平和地电平的脉冲，以实现BLDC的转速调整。

具体来说，PWM控制器会在转子旋转时通过电感检测组合三相MOSFET晶体管进行电流控制，来达到恒速的转速调整目的。

2.BLDC PWM调速应用
BLDC PWM调速广泛应用于电动工具、电动车、无人机、机器人等设备中。

在实际应用中，我们需要根据实际需求进行相应的电机转速匹配，以保证电机最大负载工作状态下的能效。

此外，为了避免电机由于承受过大负载而损坏，我们还需要通过PWM调速来限制电机最大负荷。

3.BLDC PWM调速优化
BLDC PWM调速优化方法包括提高PWM更新频率、增加开短路时间、使用低电流逆变器等。

提高PWM更新频率可以增加电机速度和位置反馈的精度，提高控制精度和稳定性；增加开短路时间可以防止电机发生过载时被动烧毁。

但是这也会增加功率损耗，因此需要根据实际需求进行权衡。

使用低电流逆变器会降低电机的当前需求，从而增加开短路时间，提高系统效率。

总之，在BLDC PWM调速中，我们需要根据实际的需求选择适当的电机转速，以增加设备的性能和效率；同时，我们也需要注意调节PWM 控制器的参数，从而达到最大的能效和系统稳定性。

直流无刷电机调速原理

直流无刷电机调速原理直流无刷电机是一种新型的电动机，它具有高效率、低噪音、低振动、长寿命等优点，因此被广泛应用于各种电动设备中。

在实际应用中，直流无刷电机需要根据实际需求进行调速，以满足不同的工作要求。

本文将介绍直流无刷电机的调速原理及其实现方法。

一、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机是一种基于电子换向技术的电动机，它的转子上没有传统的电刷和集电环，而是采用永磁体或电磁铁作为转子，靠电子器件对电机的转子进行换向控制。

直流无刷电机的转子和定子之间通过磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现电机的转动。

直流无刷电机的工作原理可以分为两个阶段：电子换向和电磁转矩产生。

在电子换向阶段，电机控制器通过检测转子位置信号，控制电子器件对电机的相序进行调整，从而使得电机的磁场方向与转子位置相匹配，实现电子换向。

在电磁转矩产生阶段，电机的转子和定子之间产生的磁场相互作用产生电磁转矩，从而推动电机的转动。

二、直流无刷电机的调速原理直流无刷电机的调速原理主要是通过改变电机的电压和电流来改变电机的转速。

在实际应用中，直流无刷电机的调速方式主要有以下几种：1. 电压调速电压调速是最简单的调速方式，它通过改变电机的电压来改变电机的转速。

当电机的电压降低时，电机的转速也会降低。

因此，通过控制电机的电压，可以实现电机的调速。

电压调速的缺点是效率低，因为电机的功率不变，但电压下降会导致电机的电流增加，从而产生大量的损耗。

2. 电流调速电流调速是通过改变电机的电流来改变电机的转速。

当电机的电流增加时，电机的转速也会增加。

因此，通过控制电机的电流，可以实现电机的调速。

电流调速的优点是效率高，因为电机的功率不变，但电流增加不会产生大量的损耗。

但是，电流调速需要较为复杂的电路控制，因此成本较高。

3. PWM调速PWM调速是一种基于脉冲宽度调制技术的调速方式，它通过改变电机的脉冲宽度来改变电机的平均电压和电流，从而实现电机的调速。

当脉冲宽度增加时，电机的平均电压和电流也会增加，从而实现电机的加速。

最全直流电机工作原理与控制电路解析(无刷+有刷+伺服+步进)

最全直流电机工作原理与控制电路解析（无刷+有刷+伺服+步进）直流电动机是连续的执行器，可将电能转换为（机械）能。

直流电动机通过产生连续的角旋转来实现此目的，该角旋转可用于旋转泵，风扇，压缩机，车轮等。

与传统的旋转直流电动机一样，也可以使用线性电动机，它们能够产生连续的衬套运动。

基本上有三种类型的常规电动机可用：AC 型电动机，（DC）型电动机和步进电动机。

典型的小型直流电动机交流电动机通常用于高功率的单相或多相（工业）应用中，需要恒定的旋转扭矩和速度来控制大负载，例如风扇或泵。

在本（教程）中，我们仅介绍简单的轻型直流电动机和步进电动机，这些电动机用于许多不同类型的（电子），位置控制，微处理器，（PI）C和（机器人）类型的电路中。

基本直流电动机该直流电动机或直流电动机，以给它的完整的标题，是用于产生连续运动和旋转，其速度可以容易地控制，从而使它们适合于应用中使用是速度控制，伺服控制类型的最常用的致动器，和/或需要定位。

直流电动机由两部分组成，“定子”是固定部分，而“转子”是旋转部分。

结果是基本上可以使用三种类型的直流电动机。

有刷（电机）–这种类型的电机通过使（电流）流经换向器和碳刷组件而在绕线转子(旋转的零件)中产生磁场，因此称为“有刷”。

定子(静止部分)的磁场是通过使用绕制的定子励磁绕组或永磁体产生的。

通常，有刷直流电动机便宜，体积小且易于控制。

无刷电动机–这种电动机通过使用附着在其上的永磁体在转子中产生磁场，并通过电子方式实现换向。

它们通常比常规的有刷型直流电动机更小，但价格更高，因为它们在定子中使用“霍尔效应”开关来产生所需的定子磁场旋转顺序，但是它们具有更好的转矩/速度特性，效率更高且使用寿命更长比同等拉丝类型。

伺服电动机–这种电动机基本上是一种有刷直流电动机，带有某种形式的位置反馈控制连接到转子轴。

它们连接到PWM型控制器并由其控制，主要用于位置（控制系统）和无线电控制模型。

普通的直流电动机具有几乎线性的特性，其旋转速度取决于所施加的直流电压，输出转矩则取决于流经电动机绕组的电流。

基于PWM的直流无刷电机控制系统

基于PWM的直流无刷电机控制系统一、本文概述随着科技的快速发展和电机控制技术的不断进步，直流无刷电机（BLDC，Brushless Direct Current Motor）在各个领域的应用越来越广泛。

它们具有高效、低噪音、长寿命等优点，尤其在航空、汽车、家用电器、电动工具以及机器人等领域得到了广泛应用。

而基于脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）的直流无刷电机控制系统，以其灵活的控制方式、精确的速度调节和优秀的动态响应特性，成为现代电机控制领域的重要研究方向。

本文将对基于PWM的直流无刷电机控制系统进行深入研究。

我们将简要介绍PWM技术的基本原理及其在电机控制中的应用。

接着，我们将重点探讨基于PWM的直流无刷电机控制系统的构成、工作原理以及主要控制策略。

文章还将分析该控制系统的性能特点，包括调速范围、动态响应、稳定性等。

我们将展望基于PWM的直流无刷电机控制系统的未来发展趋势和应用前景。

通过本文的研究，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的了解基于PWM的直流无刷电机控制系统的机会，同时为相关领域的工程师和研究者提供有益的参考和启示。

二、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机（Brushless Direct Current Motor，简称BLDCM）是一种通过电子换向器替代传统机械换向器的直流电机。

其基本原理主要基于电磁感应和电子换向技术。

电磁感应：直流无刷电机内部通常包含定子（stator）和转子（rotor）两部分。

定子通常由多个电磁铁组成，而转子则带有永磁体。

当定子上的电磁铁通电时，会产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，从而驱动转子旋转。

这就是电磁感应的基本原理。

电子换向：与传统的直流电机使用机械换向器不同，直流无刷电机使用电子换向器。

电子换向器通常由微处理器和功率电子开关（如MOSFET或IGBT）组成。

微处理器根据电机的运行状态和位置传感器（如霍尔传感器）的反馈信号，控制功率电子开关的通断，从而实现电磁铁的电流方向的改变。

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无刷直流电机智能控制的方法
由于无刷直流电机是一个非线性、多变量、强耦和的系统，因而采用经
典的控制理论很难满足实际的需求。针对于这一问题，采用现代智能控制方
法不失为一类较好的解决方法。
无刷直流电机具有结构简单、运行可靠、功率密集高、调速性能和机械特
性好等特点，得到越来越广泛的应用。由于BLDCM是一个非线性、变量多、
强耦合的系统，采用经典的控制理论很难满足实际的要求，而智能控制系统
具有自学习、自适应、自组织等功能，能够解决模型不确定性、非线性控制
以及其他较复杂的问题。因此采用现代智能控制策略成为BLDCM的发展趋
势。
BLDCM的结构和工作原理
无刷直流电机有电动机本体、转子位置检测装置和电子换向器（逆变器和
控制器）三个部分组成。在无刷直流电机，当定子绕组的某一相通电时，改
电流所产生的磁场与磁极所产生的磁场相互作用，驱动转子转动，再由位置
传感器将转子位置变换成电信号，去控制逆变器，从而使定子各相绕组按照
一定序号导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定得次序换相。由于逆
变器的导通次序是种子转角同步的，因而起到了与有刷直流电机换相器相同
的换相作用。

无刷直流电机BDLCM的智能控制有很多种，例如模型参考自适应控制，
模糊控制，灰色控制，滑模变结构控制，神经网络控制，人工免疫控制，其
他智能控制方法。每个控制方式都有优缺点，目前按照东弘机电现有的控制