ST72141K在无刷直流电机无传感器控制系统中的应用
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。
基于ST72141的无位置传感器电机控制系统中检测方法的研究
第 ２ ８卷
第 １ 期
天 津 师 范 大 学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＴｉｎ ｉ ｒ ｌＵｎｖ ｒｉ （ ｔ ｒｌＳ ｉｎ ｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒ ａ ａ ｊｎ Ｎｏ ｍａ ｉｅｓｔ Ｎａｕ ａ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｙ ｉ
中 图分 类 号 ：ＴＭ９ ０ ９ ３ ． ；ＴＭ ９ ０ １ ４ ３．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｏｎ ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ ｍ ｅ ｈｏ ｎ ｐｏ ｉｉ ｎ ｓ ｎｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔｏ ｔ ｄ ｉ ｓ ｔｏ ｅ ｏ ｌ ｓ
ＢＬＤＣＭ ｏ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｔ７ ４１ ｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ Ｓ ２１
２０ ０ ８年 １月 来自Ｖｏ ＿ ８ Ｎ０ １ ｌ２ ． Ｊｎ ０ ８ ａ ．２ ０
文 章 编 号 ： ６ １ １４ ２ ０ ） １ ０ ０ ３ １ ７ —１ １ （ ０ ８ ０ —０ ７ —０
基 于 Ｓ ２４ Ｔ７ １ １的无 位 置 传感 器 电机控 制 系统 中检 测 方 法 的研 究
Ｓ ２１ １ ｉ ｍ ｐ ｏｖ ｄ． Ａｎ ｗｏ ｉ ｐ ｏ ｅ ｔ ｃｉｎ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｌ ａ ｈ ｉｃｐｅ ｆ ｒ ｌｗ－ ｐ ｅ ｒ ｌ Ｔ７ ４ ｓ ｉ ｒ ｅ ｄ ｔ ｍ ｒ ｖ ｄｅｅ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｗｅｌ ｓ ｔ ｅ ｐｒｎ ｉｌ ｏ ｏ ｓ ｅ ｏ ｏｗ－ ｏｌａ ｎ ｏ ｄ ｄ ｖ ｔｇｅ ａ ｄ ｆ ｒ ｈｉｈ ｓ ｅ ｒ ｉｅ ｇ － ｐ ｅ ａｅ ｇ ｖ ｎ． Ｔｈ ｅ ｕｌｓｓ ｏＷ ｈ ｔｃ ｍ ｂｎｉｇ ｗｉｈ ｈｅｔ ｅ ｈ ｄ ｄ ｅｒ ｓ ｔ ｈ ｔ ａ ｏ ｉ ｎ ｔ ｔ ｗｏｍ ｔ ｏ ｓ，ｔ ｅｒ ｎ ｅｏｆｖ ｌ ｃｔ ｆｔ ｅｍ ｏｏｒｉ ｄ ｎ ｈ ａ ｇ ｅｏ ｉｙｏ ｈ ｔ ｓｗ ｅ ｅ ｉ ｄ ａ ｄ ｔ ｅｓ ｓｅ ｐｅｆ ｒ ｓ ｗｅｌａ ａ ｉｈ ｓａ ｉ ｔ ｎ ｅｉｂｌｔ ． Ｔｈ ｃ ｉ ｎ ｃ ｕｒｃ ｆｔ ｒ ｃ ｓ ｉ ｙ ｔｍ ｔ ｎ ｈ ｙ ｔｍ ｒｏ ｍ ｌ ｎｄ ｈ ｓ ｈｇ ｔ ｂｌ ｙａ ｄ ｒ ｌ ｉｉｙ ｉ ａ ｅ ｍａ ｈｎｉｇ ａ ｃ ａ ｙ ｏ ｈｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｓ ｓｅ ｗｉｈ ｇ ｔ ｗＯ ｍ ｅｈ ｄｓａ ｐｌ ｄ ｉ ｏｖ ｓａ ｌｖ ｌｏ ｄｅ ｆｍ ｇｎｔ ｄｅ ｈｅｔ ｔ ｏ ｐ ｉ ｍｐｒ ｅ ｅ ｅ ｆｏｒ ｒｏ ｅ ａ ｉｕ ．
(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。
基于ST72141的直流变频空调压缩机控制系统
绕组通电的顺序和时间。
ｒ …一 …… …… ’
机， 并合 理地设计变频器 ， 空调发 展到直流变 使
频 阶 段 。 流 变 频 更 确 切 地 说 应 该 是 直 流 变 转 直 速， 它通 过 改变 无 刷 直 流 电机 的输 入 电压 幅值 达 到 改变 压 缩 机 转 速 的 目的 ， 并不 是 通 过 频 率 来 改 变 转 速 的 ， 人 们 已经 习惯 将 它 称 为直 流 变 频 空 但
Ｋｅｙ ｏｒ ：ＢＬＤ ＣＭ Ｓｅ ｏ ｌ ｓ Ｍ ｏｔ ｏｎ ｒ ｗ ｄｓ ｎｓ ｒｅ ｓ ｏｒｃ ｔｏｌ
随 着 微 电子 技 术 、 电力 电子 技 术 的发 展 和 各
号 。 定 子 绕 组 的某 两 相 通 电时 ， 相 电流 与 转 当 该
种控制理论和应用的进步， 变频调速 系统 以其较 高的性价 比在 众多行业和 领域得 到了广泛的应
ＳＴ７ ４１ａ ＰＭ ｏ ｌ ｓｗ ｅ ｅ ａ ｌｅｄ ｔ ｅ ｌｚ ｈｅ ｃ － ２１ ｎｄ Ｉ ｍ ｄｕ ｅ ｒ ｐｐ ｉ ｏ ｒ ａ ｉ ｅｔ ｏｎ
１ 无刷 直流电机 的定子通常制成 三相绕组的形 。 式， 转子是稀土材料 的永磁体 ， 如图２ 三相定子 。
调
图 １ 无 刷 直 流 电机 的控 制 原理 图
《 电机 技 术》２ １ 年 第 ２期 ・ ９・ ０１ ｌ
现代驱动与控翩
１３ 无位 置传感 器技术 ．
由于压缩 机 内的环 境恶 劣 ， 且存 在传感 器 安 装 和 维修 困难 的 问题 ， 因此 适合 采用无位 置传 感
、
器技 术 。 无位 置 传感 器 控 制 技 术 的 核心 是 通 过 软／ 硬件 等 不 同技 术手 段来 间 接获 得 转 子的 位置 信 号 ， 而控 制 相应 的功率 器 件， 从 实现 无 刷 直 流
(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。
图1 系统总体结构硬件框图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。
基于ST7的无传感器BLDCM控制系统设计
件的次数， 当 Ｚ 事件的次数达到我们的要求的时候， 就
进入自动换相模式。
第三步自动换相模式： 在这个模式下， 电机从电流
模式进入电压模式， 在电压模式下， 电机进入恒功率区。
这个时候车速的控制主要靠手把控制的， 把手把的模拟
控制信号转化为数字信号，然后转化到 １２ 位计时 ／ 计数
器 Ｕ ／ Ｖ 寄存器中， 从而转化为 Ｐ Ｗ Ｍ 信号去控制。Ｃ 事
５ 三段式起动的软件设计
起动对电机的性能影响很大， 三段式起动方案技术 成熟， 易于控制， 在小惯性负载下都可以成功的实现， 在 本系统中采用三段式起动［１］。
三段式起动的程序流程图如图 ４ 所示： 第一步是转
第二步是加速： 预定位完成后， 就进入加速阶段， 这 时慢慢的提高定子绕组的电流， 在加速阶段， 每换相（Ｃ 事件）一次， 我们就使定子绕组的电流变大一点， 电机 的换相（Ｃ 事件）时间是由 Ｍ Ｃ Ｏ Ｍ Ｐ 的数值决定的。不 断地将定时 ／ 计数器 Ｍ Ｔ Ｉ Ｍ 的值与比较寄存器 Ｍ Ｃ Ｏ Ｍ Ｐ 的值进行比较， 当两者的值相等时， 换相时间到， 就换
（３ ）反电动势取样电路 反电动势信号直接取自逆变器的三个输出端， 反馈 值分别送入 Ｓ Ｔ ７ Ｍ Ｃ 的 Ｍ Ｃ Ｒ Ａ 、Ｍ Ｃ Ｒ Ｂ 、Ｍ Ｃ Ｒ Ｃ 三个引 脚， 和由寄存器定义的电压基准值或者外部参考电压值 比较，本系统中用寄存器定义 ０ ． ２ Ｖ 作为反电势过零点 的基准值。
子预定位， 电机转子静止时的初始位置决定了逆变器第 一次应触发的哪两个功率器件。在这里我们不用很复 杂的方法去检测转子的初始位置， 而是先导通某两相或 三相（消除平衡位置的摆动），我们可以使 Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５ 三 个中的任意两个，同时使 Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６ 中的一相导通（注 意这里同一组上下两个 Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 不能同时导通）， 在这 里我们可以设定 Ｑ１，Ｑ３，Ｑ６ 同时导通，这样就完成了预 定位。这样转子转到一个预知的位置， 下一步触发哪个 逆变器都很清楚了。
基于ST72141的直流变速空调控制器设计
关键 词 ： 无刷直流 电机 ； 制器 ；变频 ； 控 空调 中图分类号： Ｍ３ ．Ｍ５ １ Ｔ ３ Ｔ ７ 文献标识码 ； Ａ 文章编号 ：０ ０ １０ ２ ０ ）６ ０ ２ ～ ２ １０ — ０ Ｘ（０ ６ ０ — ０ ５ ０
１ 引 言
随着人们对生活质量要求 的提高 ，对节能意识 的增强 ．高效节能变频 空调在 国内已处于快速发展 时期．尤其直流变转速 空调在 国内变频空调市场有
机和磁极位置检测 电路等组成的具有 自控变频功能 的永磁 同步 电机 系统 ，图 １ 出 Ｂ Ｄ Ｍ 的原理 示 ＬＣ 图 它与普通直流 电机 的区别在 于用 电子换 向取
代机械换 向。前者 ， 采用磁极位置检测 电路和 电力
电子开关逆变器取代 了后 者 的电刷和换 向器 。由 位置检测器 （ 有位 置传感器或无位 置传感器 ） 提供
着 巨大的潜力。 另外 ， 变频空调市场的竞争也 日趋激
烈． 具体体现在产 品的价格和性能上。 由于传统的直 流 变速 空调 大 多采 用 高价 位 的数字 信 号 处理 器
成为非常关键 的部 分 ，位置检测 的准确程度 直接 影响到系统 的控制效 果 ， 至导致 Ｂ Ｄ Ｍ 严重 失 甚 ＬＣ
步而系统无法运行 。 ２ 转子位置检测 ． ２ 在直流变速空调系统中普遍使用无位置传感器 Ｂ Ｄ Ｍ。 Ｌ Ｃ 因此转子位置检测成为直流变速空调控 制 器设计的关键。传统的无位置传感器控制技术是 以
位置检测采用了直接反 电动势检测方案 ，实现了无 位置传感器无刷直流压缩机控制系统 ，不仅很好地 满足了直流变转速空调的运行性能， 而且较 Ｄ Ｐ Ｓ 方 案的成本有 了一定程度的降低 ，从而进一步提升了
一种无刷直流电机无传感器控制系统及方法[发明专利]
![一种无刷直流电机无传感器控制系统及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/adbe00b1dbef5ef7ba0d4a7302768e9951e76e3e.png)
专利名称：一种无刷直流电机无传感器控制系统及方法专利类型：发明专利
发明人：沈喆磊,余莉,廖带莲
申请号：CN202111538299.2
申请日：20211215
公开号：CN114337398A
公开日：
20220412
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种无刷直流电机无传感器控制系统及方法，包含转速PI控制器、电流PI控制器、PWM模块、三相逆变器模块、线电压计算模块、线电流计算模块、改进SMO模块、速度计算模块、比较电流模块、逻辑判断模块、换相信号模块、换相逻辑模块、非导通相相电流计算模块、第一比较器和第二比较器。
本发明专利一方面通过换相续流信号去除了换相干扰，另一方面采用检测线反电动势，省去了滞后30°电角度而需额外加入其它电路的问题。
基于所提策略，无刷直流电机也能获得较小脉动的转矩与转速观测值，有效抑制脉动和噪声，表现出良好的适应性和鲁棒性，对于状态变量的观测在精度上有较大提升，具有良好的动态性能。
申请人：南京信息工程大学
地址：224002 江苏省盐城市盐南高新区新河街道文港南路105号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：施昊
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基于ST72141芯片的无刷直流电动机控制系统
基于ST72141芯片的无刷直流电动机控制系统导语：本文介绍一种基于ST72141专用电机控制芯片的无刷直流电动机控制系统，简述了其自有的反电动势检测原理及实现该系统控制的硬件设计和软件设计摘要：本文介绍一种基于ST72141专用电机控制芯片的无刷直流电动机控制系统，简述了其自有的反电动势检测原理及实现该系统控制的硬件设计和软件设计。
关键字：无刷直流电动机;ST72141;控制系统无刷直流电动机由于转子采用永磁材料励磁，无励磁损耗，具有体积小、重量轻、结构简单、维护方便、运行可靠、高效节能易于控制等优点，同时，无刷直流电动机是利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器,因此,无刷直流电动机保留了普通直流电动机械特性，从而在军民各个领域得到了广泛应用。
无刷直流电动机是伴随着数字控制技术而产生和发展起来的,因此,采用单数字控制是无刷直流电动机的主要控制手段之一。
可实现无转子位置传感器无刷直流电动机的精确控制,无需霍尔传感器,只需将电机的三相绕组直接与ST7214芯片的输入接口相连即可得到电机转子了系统结构及控制策略无刷直流电动机在运行时,需要转子的位置信号,以控制逆变器中现定子磁场与转子的同步运行。
多数无刷直流电机都是靠位置传感器来实现转子位置的检测这些传感器不仅增加了成本,使系统连接更加复杂,而且,由于传感器度不够常采用的无位置传感器控制策略是传统的反电动势过零检测法(端电压检测和相电压检测),由于传统的反电动势过零检测法需要进行分压和滤波。
分压则降低了低速运行时信号检测的敏感度，特别是在反电动势信号较弱的起动过程;滤波则导致过零信号相移，随着转速的提高，其相移量也增大，这种相移的变化增加了高速时换相控制实现的复杂程度。
详情：基于ST72141芯片的无刷直流电动机控制系统。
(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。
图1 系统总体结构硬件框图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。
基于ST72141芯片的无刷直流电动机控制系统
基于ST72141芯片的无刷直流电动机控制系统
叶振锋; 雷淮刚; 崔红军
【期刊名称】《《微计算机信息》》
【年(卷),期】2005(21)4
【摘要】本文介绍一种基于ST72141专用电机控制芯片的无刷直流电动机控制系统,简述了其自有的反电动势检测原理及实现该系统控制的硬件设计和软件设计。
【总页数】3页(P107-108,95)
【作者】叶振锋; 雷淮刚; 崔红军
【作者单位】200072 上海大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.5
【相关文献】
1.基于Verilog的无刷直流电动机控制芯片设计 [J], 梁吉;吴小强;罗代升
2.基于ST72141的直流变频空调压缩机控制系统 [J], 冯仙群
3.基于ST72141的无位置传感器电机控制系统中检测方法的研究 [J], 崔雁松;张乃栋;徐亮;林益平
4.基于FPGA的无刷直流电动机容错控制系统 [J], 温嘉斌;赵红阳;刘子宁
5.基于线圈辅助励磁模型的无刷直流电动机调速控制系统设计 [J], 陈弘
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
最新-用ST7220191实现无刷直流电机的控制 精品
用ST72141实现无刷直流电机的控制
摘要意法半导体的72141是专门用在无刷直流电机控制的单片机。
内部包含意法半导体自有的反电动势检测专利技术，专门用于电机控制的片内外设，大大减少了电机控制系统的成本，简化了电机控制系统的设计。
关键词无刷直流电机单片机电机控制
引言
1概述
72141是公司专门用于同步电机控制的一款单片机，特别适合3相无刷直流电机的控制。
无刷直流电机可用于工业控制、汽车电子产品、电冰箱、空调、压缩机和风扇等产品。
无刷直流电机的优点是效率高、工作噪声低、体积小、可靠性好和寿命长。
72141是7微控制器家族产品中的一员。
它包括转换和接口，有专门用于无刷直流电机控制的片内外设，可选择带传感器模式和不带传感器模式。
7片内的电机控制电路可看成是一个脉宽调制多路复用器。
它有6路输出和1个用在无刷直流电机不带传感器控制时的反电动势零点检测电路。
72141的电机控制外设有4个主要的部分
◇去磁结束和反电动势零点的检测电路；
◇延迟管理电路；
◇管理电路需要信号来驱动电机；
◇通道管理电路。
72141在无刷直流电机中的典型应用如图1所示。
图26步长120度的驱动模式
2无刷直流电机的基本原理
无刷直流电机包含2个同轴的磁性电枢外部电枢，即固定的定子；内部电枢，即可动的转子。
定子是电机的引导部分；转子是电机的感应部分。
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-66-《国外电子元器件》2003年第5期2003年5月ST 72141K 在无刷直流电机无传感器控制系统中的应用广州电器科学研究院谭建成Sensorless Brushless DC Motor Control A pp lication With ST72141KT an Jianchen g摘要:ST 72141K 是ST M icroelectronics 公司研制的适用于三相永磁无刷直流电动机的微控制器,用三只电阻器替代霍尔传感器将电动机的三个绕组端电压直接与它连接,便可为微控制器提供有关电动机转子位置的信息以实现对电动机的精确控制。
文中介绍了ST 72141K 在无刷直流电动机无传感器控制中的具体应用。
关键词:无刷直流电动机;无传感器控制;ST 72141K 分类号:TP273文献标识码:B文章编号:1006-6977(2003)05-0066-03图1ST 72141K 微控制器方块图●主题论文1概述ST M icroelectronics 公司研制的ST 72141K 是一种用于三相永磁无刷直流电动机的微控制器。
它在标准的8位微控制器的基础上把控制电动机的外围电路集成在微控制器里,因而可用于无传感器控制或有传感器的无刷直流电机控制,并可用于电动工具、家用电器、泵、风机以及其它工业设备的无刷直流电机控制系统中。
集成在微控制器内的电动机控制器(MT C )是一个脉宽调制器(PWM )和反电动势过零交叉点检测器。
它能识别相绕组的反电动势(BEMF )电位越零时间,并在经过运算后决定换相时刻,因而可控制电动机自动换相,而不必使用位置传感器。
MT C 适合控制永磁同步电动机,也可用于其它电动机的控制。
在不用传感器时,检测反电动势过零点的功能具有很高的灵敏度,因为它的比较器直接和整个反电动势电压进行比较,其中并无衰减。
可以检测的反电动势电压最低为200mV ,因此,即使噪音很强,也不受影响。
ST M icroelectronics 公司针对电动机控制专门设计的这种新型微控制器ST 72141K 是ST 72系列微控制器系列中的新产品,图1所示是其内部功能框图。
ST 72141K 内部含有一个A/D 转换器,并带有一个SPI 串行接口,同时集成有一个电动机指令模块。
ST 72141K 使用微控制器领域中标准的8位微控制器内核,且有一个加强型指令系统。
在软件的控制下,ST 72微控制器可以工作在“等待(W AIT )”、“慢(S LOW )”或者“暂停(H alt )”等方式。
所以,当电动机工作在空转或待命状态时,可以减少所消耗的功率。
ST 72141K 增强的指令系统和各种寻址方式,也使得软件开发人员能够灵活地编制出高效而且紧凑的应用软件。
本文着重介绍3ST 72141K 在无传感器控制应用时的关键问题。
ST 72141K 有S DIP32和SO34两种封装形式。
图2为其SO34封装的引脚图。
2无传感器控制方案ST 72141K 微控制器用于无刷直流电动机无传感器控制的控制框图如图3所示。
该方案可用于控-67-图46步换相的相绕组电流和功率开关管的切换图3ST 72141K 无刷直流电动机无传感器控制方块图ST 72141K 在无刷直流电机无传感器控制系统中的应用图2ST 72141K 的S034封装引脚图制一台6步换相三相永磁无刷直流电动机。
ST 72141K 用三个门极驱动集成电路芯片L6386来驱动由M OSFET 或IG B T 组成的三相逆变桥,逆变桥输出接无传感器的无刷直流电动机的三相绕组,同时用三个高值电阻将三相电压信号连接到ST 72141K 的反电动势检测端。
在直流母线上串接一个低值电阻可将其产生的电流检测信号送入ST 72141K,以供电流控制和限流保护之用。
在正常换相时,控制过程的每一个循环(一个电气周期)均由六个状态(6步)组成。
图4给出了1～6步(状态)及每一步中三相电流A 、B 、C 和相位关系,同时给出了六个功率开关管的切换示意图。
ST 72141K 组成的控制系统包括2个调节环:第一个调节环是自动换相效率环,这个调节环保持相绕组反电动势和电流信号同相。
为了使电动机运行于最大效率,控制换相点应该发生在绕组电流与绕组感应的反电动势同相位的地方。
第二个调节环用于速度调整,可用于将电动机速度维持在目标值。
在ST 72141K 微控制器中有两种控制模式:电流控制模式和电压控制模式。
其中电流控制模式利用可调参考电流来实现电动机的转矩控制和速度调节;而电压控制模式则通过直接改变脉冲宽度调制信号的占空比来调节电动机的转速,同时还设定了一个最大的极限转矩。
3无传感器换相点的获得ST 72141K 对电动机的主要控制程序以3个事件为基础:第一是反电势过零交叉点(Z erocrossin g )(Z 事件),第二是换相点(commutation )(C 事件),第三为绕组电流衰减结束(end of de 2m a g netisation )(D 事件)。
其中电流衰减结束的D事件和反电势过零交叉点的Z 事件是实际事件,也就是需要检测的事件,而换相点C 事件则是需要ST 72141K 控制协处理器计算的事件。
ST 72141K 对电动机的控制就是处理这三个事件,这三个事件总是按照同样的时序发生:首先是-68-《国外电子元器件》2003年第5期2003年5月图5Z 、C 、D 三个事件和延迟时间图520μs 的滤波时间和反电动势检测窗Z 事件,然后经过实时计算延迟时间产生一个C 事件,最后控制器等候D 事件结束,以检测下一个Z 事件。
二个连续的Z 事件之间的时间对应于一步自动换相(一个状态)时间。
图5所示是某相绕组的反电动势(back -EMF )和电流波、Z 、C 、D 三个事件和延迟(Dela y )时间以及电动机控制计数器(MTIM )计数值的波形。
为了让BLDC 电动机有效地运作,必须自动产生换相信号。
ST 72141K 采用的是反电动势法,它的MT C 利用三相绕组中不激励绕组上的反电动势过零点(Z 事件)作为转子位置传感器的信号。
理论上从这个反电动势过零点(事件Z )到下一个换相点C 之间存在约30°电角度,即需要一个合适的延迟时间。
这个Z 事件与换相点C 之间的延迟时间由MT C 进行计算,并经过这段延迟之后自动进行换相(事件C )。
3.1检测Z 事件和D 事件时间该检测可用三只电阻把电动机的三个绕组的端电压直接连接到微控制器的输入端来实现。
ST 72141K 微控制器具有高灵敏度的反电动势过零交叉检测能力。
其内部集成的相电压比较器可直接将没有任何衰减的反电动势电压与门限电压进行比较。
这2个事件的检测门限电压是一样的,它们均可从0.2V 、0.6V 、1.2V 和2.5V 等4个不同的数值中选择,并可由软件选择设置。
在换相C 事件之后,MT C 处于等待状态,绕组电流开始衰减,经由反向恢复二极管使绕组电流完全降到零。
在这期间,绕组可接到0V 或高电压HV 上,此时不读取反向电动势。
只有当这个阶段结束后,电路才把反向电动势下一次的过零点检测出来。
因此,MT C 还需检测电流衰减结束(事件D )。
如果硬件未能检测出事件D ,则可由定时器的比较功能来模拟电流衰减结束。
MT C 在换相之后有20μs的滤波时间,因而可以避免太早发现电流衰减结束。
另外,在D 事件之后,还需要20μs 的滤波时间,Z 事件检测窗口才能开启。
在无传感器控制方式中,相电压信号对D 事件和Z 事件检测的取样频率分别是800kH z 和PWM 频率。
ST 72141K 芯片中会产生一个显示Z 事件的D 事件的方波信号,其中D 事件对应一个边沿,Z 事件对应另一个边沿。
Z 事件的检测可在很短的测量时间内进行,这时驱动级高侧开关处于截止状态。
正因为如此,脉冲调制信号会加在高侧开关上。
当高侧开关关断时,高侧绕组将通过反向恢复二极管接到0V ,而低侧绕组也将保持为0V ,同时,反电动势电压将全部出现在第三个绕组上,以使检测可以进行下去。
将PWM 信号施加在高侧功率管主要是为了检测过零交叉事件,当然,PWM 信号也可以同时施加在高侧和低侧功率管上,以使绕组电流衰减更快。
这取决于电路的配置。
3.2延迟时间管理为了使电动机保持最佳效率(电动机中反电动势和电流同相),微控制器能够自动地计算出过零交叉事件和下个换相之间的延迟时间。
这个计算是以延迟系数为基础的。
延迟时间是一步时间与延迟系数的乘积。
延迟系数通常由软件程序设计者设定,它是电动机特性、应用环境以及速度的函数。
延迟系数不会被微控制器自动更新,必须做一些测试才能决定在不同速度下该系数的最佳数值。
一般来说,较高速度宜采用较低的延迟系数。
因为速度增加,换相事件应较早发生,因此延迟系数也应当减少。
4软件设计除了简单的硬件连接之外,ST72141K微控制器的软件设计也比较简单。
实际上,所有必要参数都可以用存储器来设定,甚至连电动机控制输出脚的极性也可以用存储器来确定,而无须改变程序本身-69-用一个开关手动控制步进电机的实现方法湖南湘潭市无线电有限公司周孝辉The R ealization Method to Control Ste p Motor U sin g a SwitchZhou X iaohui摘要:介绍了用一个开关代替单片机对步进电机进行手动控制的原理电路,给出了步进电机的开关控制电路,以及用一个开关控制数字电位器和加减计数器设置计数器输出的两种扩展电路。
关键词:开关;步进电机;数字电位器;加减计数器分类号:TP273文献标识码:B文章编号:1006-6977(2003)05-0069-02●主题论文1引言在大多数应用场合,步进电机的控制都用单片机来实现。
然而,也有许多应用场合要求用仪器面板上的控制装置来手动控制步进电机。
在笔者设计的某车载检测仪器中,仪器的主体需要置于车内,而步进电机控制的目标光源却在车外,同时要求目标光源能按某种曲线手动定位在任意点。
为了操作简单,简化设计,笔者利用一个开关设计了步进电机的控制电路。
2步进电机的开关控制电路图1所示是笔者设计的开关控制步进电机的电路连接图。
图中,由IC1A、IC1B组成一个R-S用一个开关手动控制步进电机的实现方法图1步进电机的开关控制电路的结构。
这就是说,微控制器可以很容易地适应不同供应商提供的不同功率驱动器件。
如果要微控制器的内核全部停下来,可使用ST72141K微控制器的一个急停引脚,它可以让所有外围部件的输出直接进入三态模式。
在电动机整个运转速度范围内, ST72141K中带有可以自动标定的8位定时电路,它可产生六个状态信号,其精度优于1.2%,且不必在软件中作任何设定。