电机控制常用算法概述

BLDC电机控制算法

无刷电机属于自换向(自方向转换)，所以控制起来比较复杂。

BLDC电机控制要求知道电机的转子位置和机构，以便进行整流和转向。对于闭环速度控制，有两个额外的要求，即测量转子速度和/或电机电流和脉宽调制信号来控制电机速度和功率。

BLDC电机可根据应用要求采用边缘排列或中心排列的脉宽调制信号。大多数应用只需要变速操作，六个独立的边沿将用于排列脉宽调制信号。这提供了最高的分辨率。如果应用需要服务器定位、能耗制动或功率反转，建议使用互补的集中排列的PWM信号。为了感应转子位置，BLDC电机采用霍尔效应传感器提供绝对定位感应。这导致使用更多的线路和更高的成本。无传感器BLDC控制消除了对霍尔传感器的需求，并使用电机的反电动势(EMF)来预测转子位置。无传感器控制对于风扇和泵等低成本变速应用非常重要。当采用BLDC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。

死区时间的插入和补充

大多数BLDC电机不需要互补脉宽调制，死区插入或死区补偿。可能需要这些特性的BLDC应用只有高性能BLDC伺服电机、正弦波激励BLDC电机、无刷交流电机或个人电脑同步电机。

控制算法

许多不同的控制算法被用来为BLDC电机提供控制。通常，功率晶体管用作线性调节器来控制电机电压。这种方法在驱动大功率电机时不实用。大功率电机必须由脉宽调制控制，需要一个微控制器来提供启动和控制功能。

控制算法必须提供以下三个功能：

用于控制电机速度的脉宽调制电压

电机整流换向机构

利用反电动势或霍尔传感器预测转子位置的方法

脉宽调制仅用于向电机绕组施加可变电压。有效电压与脉宽调制占空比成比例。当获得适当的换向时，BLDC电机的转矩和速度特性与DC电机相同。可变电压可用于控制电机的速度和可变扭矩。功率晶体管的换向实现了定子中适当的绕组，可以根据转子位置产生最佳的转矩。在BLDC电机中，微控制器必须知道转子的位置，并且能够在正确的时间进行整流和换向。

BLDC电机梯形整流换向

无刷DC电机最简单的方法之一是采用所谓的梯形整流换向。

在该示意图中，电流每次由一对电机端子控制，第三个电机端子始终与电源电气断开。

嵌入大型电机的三种霍尔元件用于提供数字信号。它们测量60度扇面内的转子位置，并将该信息提供给电机控制器。因为两个绕组上的电流相等，第三个绕组上的电流一次为零，所以这种方法只能产生六个方向之一的电流空间矢量。随着电机的转动，电机末端的电流每旋转60度电切换(整流换向)一次，因此电流空间矢量始终处于最接近30度90度相移的位置。

因此，每个绕组的电流波形是梯形的，从零到正电流，然后到零，然后到负电流。

这产生了当前的空间矢量，当它随着转子的旋转在六个不同的方向上上升时，它将接近平衡地旋转。

在空调和霜冻等电机应用中，霍尔传感器不是一个恒定的选择。在非耦合绕组中感应的反电动势传感器可用于实现相同的结果。这种梯形驱动系统因其控制电路简单而非常常见，但在整流过程中会遇到转矩脉动问题。

BDLC电机的正弦整流整流

梯形整流换向不足以提供无刷DC电机的平衡和精确控制。这主要是因为三相无刷电机中产生的转矩(具有法向波反电动势)由以下等式定义：

转轴扭矩=Kt [IR Sin(？)是Sin(？120) IT Sin(？240)]

在…之中

？是旋转轴的电角度

Kt是电机的扭矩常数

IR、IS、IT是相电流。

如果相电流为正弦， IR=I0Sin？IS=I0Sin (120？);IT=I0Sin (240？)会得到

转轴扭矩=1.5I0*Kt(与转轴角度无关的常数)

正弦整流换向无刷电机控制器试图驱动三个电机绕组，三个电流随着电机的旋转正弦变化。选择这些电流的相对相位，使得它们将产生稳定的转子电流空间矢量，该矢量与转子正交并且具有不变量。这消除了与北向转向相关的扭矩波动和转向脉冲。