无刷直流电机的变结构控制
无刷电机工作及控制原理(图解)
无刷电机工作及控制原理(图解）左手定则，这个就是电机转动受力分析得基础，简单说就就是磁场中得载流导体,会受到力得作用。
让磁感线穿过手掌正面，手指方向为电流方向,大拇指方向为产生磁力得方向,我相信喜欢玩模型得人都还有一定物理基础得哈哈.让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生得电动势方向。
为什么要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似得经历，把电机得三相线合在一起,用手去转动电机会发现阻力非常大，这就就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势，从而产生电流，磁场中电流流过导体又会产生与转动方向相反得力，大家就会感觉转动有很大得阻力。
不信可以试试.三相线分开,电机可以轻松转动三相线合并，电机转动阻力非常大右手螺旋定则，用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指得那一端就就是通电螺旋管得N极。
状态1当两头得线圈通上电流时，根据右手螺旋定则,会产生方向指向右得外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示），而中间得转子会尽量使自己内部得磁感线方向与外磁感线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。
当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时，转子所受得转动力矩最大.注意这里说得就是“力矩”最大,而不就是“力”最大。
诚然,在转子磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大，但此时转子呈水平状态，力臂为0，当然也就不会转动了。
补充一句,力矩就是力与力臂得乘积。
其中一个为零,乘积就为零了.当转子转到水平位置时,虽然不再受到转动力矩得作用，但由于惯性原因,还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管得电流方向,如下图所示,转子就会继续顺时针向前转动,状态2如此不断改变两头螺线管得电流方向,内转子就会不停转起来了。
改变电流方向得这一动作，就叫做换相。
补充一句：何时换相只与转子得位置有关,而与其她任何量无直接关系。
第二部分：三相二极内转子电机一般来说,定子得三相绕组有星形联结方式与三角联结方式，而“三相星形联结得二二导通方式”最为常用，这里就用该模型来做个简单分析。
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。
无刷直流电机原理
无刷直流电机原理1. 引言无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种通过电子器件控制转子上的永磁体与定子上的线圈之间的磁场相互作用来实现电能转变为机械能的装置。
相比传统的有刷直流电机（Brushed DC Motor），无刷直流电机具有结构简单、寿命长、转速范围广、效率高等优点，广泛应用于工业、家用电器、交通工具等领域。
本文将详细解释无刷直流电机的基本原理，包括其结构组成、工作原理和控制方式。
2. 结构组成无刷直流电机主要由转子和定子两部分组成。
•转子：转子是由永磁体组成的，并且通常采用多极结构。
每个极对应一个磁极，可以是南极或北极。
转子通常采用铁芯材料制造，以提高磁导率和减小磁阻。
在转子上还安装了传感器，用于检测转子位置和速度。
•定子：定子是由线圈组成的，并且通常采用三相对称结构。
每个线圈都由若干匝导线绕制而成，形成一个线圈组。
定子通常采用硅钢片或铁氟龙等绝缘材料进行绝缘和支撑。
3. 工作原理无刷直流电机的工作原理基于磁场相互作用和电磁感应。
•磁场相互作用：当定子上的线圈通电时，会产生一个磁场。
根据安培定律，这个磁场会与转子上的永磁体产生相互作用，使转子受到力的作用而旋转。
因为转子上的永磁体是多极结构，所以在不同位置上受到的力也不同，从而形成了旋转运动。
•电磁感应：在无刷直流电机中，通常使用霍尔传感器来检测转子位置和速度。
霍尔传感器可以检测到转子上的永磁体所在位置，并通过控制器将这些信息反馈给电机驱动器。
根据这些信息，电机驱动器可以准确地控制定子线圈的通断时间和顺序，从而实现对电机的精确控制。
4. 控制方式无刷直流电机的控制方式主要有两种：传感器驱动和传感器无刷。
•传感器驱动：这种控制方式需要使用霍尔传感器等装置来检测转子位置和速度。
通过采集到的转子信息，控制器可以准确地控制定子线圈的通断时间和顺序，从而实现对电机的精确控制。
这种控制方式具有高精度和高效率的特点，但需要额外的传感器装置。
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。
无刷直流电动机的滑模变结构控制算法研究
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变 结构 控 制具 有 以下 不连 续 形式 ：
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直流无刷电机驱动原理
直流无刷电机驱动原理直流无刷电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种通过电子器件控制转子转动的电机。
与传统的有刷直流电机相比，直流无刷电机具有结构简单、寿命长、效率高等优点，因此在许多领域得到广泛应用，如家电、汽车、航空航天等。
直流无刷电机的驱动原理主要包括电机结构、电机控制器和传感器三个方面。
首先，直流无刷电机的结构由转子和定子组成。
转子上的永磁体产生磁场，而定子上的线圈通过电流产生磁场。
当电流通过定子线圈时，定子磁场与转子磁场相互作用，产生转矩，从而驱动转子转动。
其次，直流无刷电机的控制器是实现电机转动的关键。
控制器主要由功率电子器件和控制电路组成。
功率电子器件包括MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极型晶体管），用于控制电流的通断。
控制电路则根据传感器反馈的信息，控制功率电子器件的开关状态，从而实现对电机的控制。
最后，直流无刷电机的传感器用于检测电机的转子位置和速度。
常用的传感器有霍尔传感器和编码器。
霍尔传感器通过检测转子磁场的变化，确定转子位置。
编码器则通过检测转子的旋转角度和速度，提供更精确的转子位置和速度信息。
传感器的反馈信息被送回控制器，用于控制电机的转动。
总结起来，直流无刷电机的驱动原理是通过控制器控制功率电子器件的开关状态，使电流按照一定的顺序流过定子线圈，从而产生转矩驱动转子转动。
传感器则用于检测转子位置和速度，提供反馈信息给控制器，实现对电机的精确控制。
直流无刷电机驱动原理的应用非常广泛。
在家电领域，直流无刷电机被广泛应用于洗衣机、冰箱、空调等产品中，提高了产品的效率和可靠性。
在汽车领域，直流无刷电机被用于驱动电动汽车的电机，实现零排放和高效能。
在航空航天领域，直流无刷电机被用于驱动飞机的舵机和飞行控制系统，提高了飞行的稳定性和安全性。
总之，直流无刷电机驱动原理是一种高效、可靠的电机驱动方式。
通过控制器和传感器的配合，实现对电机的精确控制，使其在各个领域发挥出更大的作用。
无刷直流电机结构类型和基本原理
无刷直流电机结构类型和基本原理无刷直流电机是一种通过使用电子技术将电流根据转子位置进行控制的电机。
它相比传统直流电机具有许多优点，包括高效率、高转矩密度、高速控制精度和长寿命等。
在本文中，我们将对无刷直流电机的结构、类型和基本原理进行详细介绍。
无刷直流电机的结构包括转子、定子和电子控制系统。
转子通常由永磁材料制成，其磁极数目可以是偶数或奇数。
定子由线圈绕制而成，线圈通常由多个相位组成，通过电子控制系统来控制不同相位的线圈通电或断电。
电子控制系统由传感器、电机驱动器和控制器组成，用于检测转子位置并控制电流。
根据无刷直流电机的结构和特点，可以将其分为多种类型，包括表面磁化型、内磁化型、外磁化型和混合型等。
其中，表面磁化型是最常见的一种类型。
它的转子表面覆盖着永磁体，定子绕组则位于转子外部。
这种结构的优点是转子磁阻较小，嵌入转子永磁体的空间利用率较高，具有较高的功率密度和离轴转矩。
另一方面，内磁化型的转子磁阻较大，内置转子永磁体的空间利用率较低，但它具有较高的机械强度和对高温环境的适应能力。
外磁化型则是将永磁体安装在定子上，转子则有多个传感器用于检测位置。
混合型采用了表面磁化和内磁化的结合，具有较高的功率和转矩密度。
无刷直流电机的基本原理是根据转子位置控制定子线圈通电。
在每个转子位置，控制器会将相应的线圈通电以产生磁场，从而使转子受到力矩的作用而旋转。
为了确保电流与转子位置的匹配，需要使用传感器来检测转子位置，并将这些信息传递给控制器。
控制器根据传感器提供的信息来控制线圈的通断，以保持转子在正确位置上旋转。
无刷直流电机的运行模式可以通过改变线圈通电方式和控制器的工作方式来实现。
最常见的控制方式是电枢反转控制，其中电流的方向可以通过改变线圈通电的相序来改变。
另一种常见的控制方式是方波控制，其中控制器会以一定的频率和占空比来开关线圈电流。
这种方式可以实现电机的速度控制，并且通常具有较高的效率。
总结起来，无刷直流电机是一种通过使用电子技术将电流根据转子位置进行控制的电机。
无刷电机工作及控制原理(图解)
无刷电机工作及控制原理(图解)左手定则，这个是电机转动受力分析的基础，简单说就是磁场中的载流导体，会受到力的作用。
让磁感线穿过手掌正面，手指方向为电流方向，大拇指方向为产生磁力的方向，我相信喜欢玩模型的人都还有一定物理基础的哈哈。
让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生的电动势方向。
为什么要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似的经历，把电机的三相线合在一起，用手去转动电机会发现阻力非常大，这就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势，从而产生电流，磁场中电流流过导体又会产生和转动方向相反的力，大家就会感觉转动有很大的阻力。
不信可以试试。
三相线分开，电机可以轻松转动三相线合并，电机转动阻力非常大右手螺旋定则，用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。
状态1当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示)，而中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。
当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时，转子所受的转动力矩最大。
注意这里说的是“力矩”最大，而不是“力”最大。
诚然，在转子磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大，但此时转子呈水平状态，力臂为0，当然也就不会转动了。
补充一句，力矩是力与力臂的乘积。
其中一个为零，乘积就为零了。
当转子转到水平位置时，虽然不再受到转动力矩的作用，但由于惯性原因，还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管的电流方向，如下图所示，转子就会继续顺时针向前转动，状态2如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来了。
改变电流方向的这一动作，就叫做换相。
补充一句：何时换相只与转子的位置有关，而与其他任何量无直接关系。
第二部分：三相二极内转子电机一般来说，定子的三相绕组有星形联结方式和三角联结方式，而“三相星形联结的二二导通方式”最为常用，这里就用该模型来做个简单分析。
直流无刷电机工作原理应用和结构
电机控制技术《直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用》直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用一、直流无刷电机的工作原理直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响： N=120．f / P。
在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。
直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。
也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 (1) ：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。
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(converter)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将直流电压由换流器 (inverter)转成3相电压来驱动电机。
换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(Q1～Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂 (Q2、Q4、Q6)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(inverter)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(hall- sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。
但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。
图一：直流无刷驱动器包括电源部及控制部要让电机转动起来，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。
无刷直流电动机调速系统的模糊变结构控制
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无刷 直流 电动 机调 速 系统 的模 糊 变 结 构 控 制
糊控制与 Ｐ 控制相结合的变结构控制新方 法。当输入偏差 Ｉ 大于 或小 于设 定值 时 ， 用模 糊结 构或 Ｐ 结构 进行 控制 。 采 Ｉ
仿真结果表明该方法较传 统 Ｐ 控制 具有更 好 的动 、 Ｉ 静态特
性， 并有较高 的精度 和鲁棒性 。 关键词 ： 无刷直流 电动机 ； 模糊 控制 ；Ｉ Ｐ 控制
ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ Ｉ ｔ ｅ ｉｐ ｔｄ ｖａｉ ｎ ｉ ｇ ｅ ｔｒｏ ｅ ｓｔ ａ ｅ ｓｒ ｎ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｆ ｈ ｎ ｕ ｅ ｉｔ ｒ ａ ｅ ｒｌ ｓ ｎ ｔ ｉ ｅ ｏ ｓ ｈ ｈ
变结构控制方法 ， 由传统 的 Ｐ 控制与模糊控制 即： Ｉ 相结合 的新 型控 制方 式 ， 当输 入 偏 差 大 于或 小 于 设 定值时， 系统采用模糊结构或 Ｐ 结构进行控制。仿 Ｉ 真实验 表 明 ， 这种 新型 的智 能控 制方法 响应 快 、 超 无 调， 与传 统 Ｐ 控制 方法 相 比具有更 好 的稳 定性 和 抗 Ｉ
无刷直流电机原理
无刷直流电机原理
无刷直流电机原理是一种通过改变电流方向以及大小来实现转子的转动的电机。
它由定子和转子两部分组成。
定子上有若干个线圈，每个线圈都由多个绕组组成，绕组根据特定规律连接，形成一个电磁场。
转子上嵌有永磁体，它产生静磁场。
当电机通电时，由控制器控制的电流经过定子绕组，产生一个旋转的磁场。
转子上的永磁体受到这个旋转磁场的作用，开始旋转。
为了让转子持续旋转，控制器需要根据转子的位置来改变电流的方向和大小。
为了确定转子的位置，电机内部通常有一个位置传感器来检测转子的位置。
传感器可以是霍尔传感器、编码器或者其他类型的传感器。
根据传感器提供的信息，控制器可以精确地计算出要调整的电流方向和大小。
控制器通过电子开关实现对电流的控制。
它可以通过逻辑电路或者微控制器来实现对电流开关的控制。
根据转子的位置和控制器的指令，控制器会调整电流的方向和大小，以保持转子持续旋转。
从原理上来看，无刷直流电机的工作过程主要由定子产生旋转磁场，转子在这个旋转磁场的作用下不断旋转，通过控制器调整电流的方向和大小来控制转子的运动。
基于滑模变结构控制的对转无刷直流电机调速系统
了较好 的控制 效 果 。本 文 借 鉴 文献 ［０ 提 出外 环 １］
Ａｂｓｒ ｔ： ｈｅｂａ ｉ ｆｔ ｉ ｃｐ ｉｓｏ ｏ ｎｅ ｏａｉ ｇｐｅｍ ａ ｎｔｍａ ｎ ｔｂ ｕｓ ｌｓ ｔ ａｃ Ｏｎ ｔ ｓｓｏ ｐｒｎ ｉｌｅ ｆｃ ｕ ｔｒｒ ｔｔｎ ｒ ｎｅ ｇ ｅ ｒ ｈｅ ｓＤＣ ｔｒ ， ｉ ｕａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｈｅ ｍｏ ｏ ｓ ａ ｓｍ ｌｔｏ ｄ ｌ
器， 内环 也 采 用 Ｐ 调 节 器 的 双 闭环 调 速 系 统 进 行对 比 ， Ｉ 并利 用 Ｍ ｔ ｂ 真 验 证 ， 用 趋 近 率 法 的 滑 模 变 结 构 控 制 调 ａａ 仿 ｌ 采 速 系 统 可 以 有效 地 抑 制 超 调 ， 高 转 速 响应 速 度 ， 有 很 好 的 鲁 棒 性 。方 法 简 单 易行 。 提 具 关 键 词 ： 转 无 刷 直 流 电机 ；Ｉ 对 Ｐ 调节 器 ； 滑模 变 结 构 控 制 ； 近 率 趋 中 图 分 类号 ：Ｍ３ Ｔ ３ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ － ０ ８ ２ １ ）０ Ｏ ４ — ４ １ ４ ７ １ 【０ ０ １ 一 ０４ ０ ０
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一种新型趋近率的无刷直流电动机伺服系统变结构控制
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基于滑模变结构控制算法的无刷直流电机力矩平衡控制系统研究
ｏ ｅｍ ｄｌ ｔｅａ ｏ ｔｍ ｏ ａ ａｌ ｓ ｕｔｒ ｉｉ ｄ ｏ ｔ ｌ Ｖ Ｓ ）ｗ ｓ ｓｄｔ ｋ ｅ ｅｔｒｕ ａａｃ ｎｔ ｏｅ， ｈ ｌ ｒｈ ｆ ｒ ｂｅ ｔ ｃｕｅｓｄｎ ｍｏｅｃｎ ｏ （ ＳＭＣ ａ ｅ ｅｐｔ ｑｅｂｌｎｅ ｈ ｇｉ ｖｉ ｒ ｌ ｇ ｒ ｕ ｏ ｈ ｏ
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＝ ０． ４。 ５５
选 取控 制器参数值 如下 ： ＝５ ， ０ ｋ＝１ ０ ， ０ ｃ＝１ ８ 。
将各参数代入 以上各表达式 中， Ｍ Ｔ Ａ 在 Ａ ＬＢ 中利 用 Ｓｍ ｌ ｋ模 块进 行数 学建 模仿 真 。 ｉｕｉ ｎ 双 电机控 制框 图如 图 ２所示 。
由于无 刷直 流 电机 具 有 运 行 可靠 、 护 方便 维 等 特点 ， 目前 在 许 多领 域 都 得 到 了广泛 应 用 。在 许 多情 况下 ， 如 ， 例 电动汽 车 、 船舶 推进 等领 域 ， 往
在线辨识等优点 ， 因此滑模变结构控制很适合无 刷 直流 电机 的力矩 平衡 控制 。
本文 将滑 模变 结构 控制 算法 应用 到 ２台无 刷 直 流 电机力矩 平 衡 控 制 系统 中 ， 减小 了 电机 力 矩 输 出超调 ， 提高 了 ２台无 刷 直 流 电 机 的力 矩 平 衡 控 制精 度 ， 达到 了很好 的控 制效 果 。
往需要多台电机 同时工作 ， 并且要求各电机的输 出转矩 平衡 ¨ 。
时也是 被控 电机 （ 机 Ｂ） 电 的参 考 电流 。 这里 ， 开
关 函数 取 为
ｓ＝ｃ， ｅ ｃ＞ ０ （） ８
不难 看 出 ， 系统 达 到稳 定时 满 足 ＝ ， ２台 电机 ０即
达到输 出转矩 平衡 。
Ｉ —转 动惯 量 ； ， —
无刷直流电动机离散变结构控制器设计与仿真
ｄ ｖ （ Ｌ Ｍ ） ｐ ｓ ｉｎ ｓｒｏ ｓｓ ｍ ｉ ｉｔ ｄ ｃ ｄ、 ｉ ｌｔ ｎ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔａ ｔｅ Ｖ Ｃ ｈｓ ｐ ｒ ｃ ｃｎｒｌ ｎ ｅ Ｂ ＤＣ ｏｉｏ ｅｖ ｙｔ ｓ ｎｒ ｕ ｅ Ｓｍｕａｉ ｅｕｔ ｓｏ ｈ ｔ ｈ Ｓ ａ ｅ ｅ ｔ ｏ ｔ ｔ ｅ ｏ ｏ ｓ ｆ ｏ
维普资讯
国 讥 技 ２２ 第 期 ０ 年 ３ ０
文 章 编 号 ：０ １ ９ Ｘ（０ ２ ０ —０ ５ —０ １０ —８ ３ ２０ ）３ ０ １ ６
ＳＡＣ ＆ Ｅ 研’Ｅ＇ ｝ ＤＶＩ究 开Ｉ ｛ Ｍ Ｎ’ （与 发 ） ｌ
无 刷 直 流 电 动 机 离 散 变 结 构 控制器设 计与 仿真＊
时 ，Ｓ Ｖ Ｃ系统 的离 散模 型 则相 当重 要 。
二 、 散 变 结 构 控 制简 单 原 理 离
考 虑一 个 单输 入 的离散 二 阶被 控 系统 ：
于微机 控 制 ， 既具 备 交 流 电动机 的结 构简 单 、 行 可 运 靠 、 护 方便 等 一 系列优 点 ， 维 又具 备直 流 电动 机 的运 行 效率 高 、 励磁 损 耗 以及调 速性 能好 等诸 多特 点 ， 无
李 劲
（ 息产业部 电子第 十研究所 ， 信 四川 成 都 ６ ０３ ） １０ ６
无刷直流电机的组成及工作原理
无刷直流电机的组成及工作原理无刷直流电机，也称作无刷直流电机或电子换向无刷电机，是一种通过电子换向控制电机转子磁场和电枢绕组之间的相互作用来实现电机运行的电机。
与传统的直流电机相比，无刷直流电机具有结构简单、寿命长、噪音低、效率高等优势，在工业自动化、机械设备、汽车等领域有着广泛的应用。
1.转子：转子是无刷直流电机的旋转部分，它由永磁体和转子轴构成。
转子轴连接旋转部件，传递转矩。
2.定子：定子是无刷直流电机的固定部分，它由电枢绕组和磁场极轴构成。
定子电枢绕组通过电流传递电能，产生磁场。
3.电子换向控制系统：电子换向控制系统包括电子换向器、位置传感器及控制电路。
位置传感器用于检测转子位置，将信号传递给电子换向器。
电子换向器根据转子位置信号控制电流方向和大小，实现转子磁场与电枢绕组之间的相互作用。
4.电源系统：无刷直流电机需要直流电源来提供电流供电。
电源系统可以由直流电池、整流器和相关电路组成。
具体而言1.位置检测：电机的位置传感器（通常采用霍尔传感器）检测转子的位置，并将该信息传递给电子换向器。
2.相序切换：电子换向器根据转子位置信号，通过对电流的控制，按照预定的相序切换规律，控制定子绕组中的电流方向和大小。
3.磁场生成：定子绕组中的电流通过电子换向器控制的方式，产生磁场。
磁场的方向和大小由电流方向和大小决定。
4.磁场作用：转子上的永磁体产生的磁场与定子绕组中的磁场相互作用，使转子受到力矩作用，开始旋转。
5.旋转控制：电子换向器不断改变定子绕组中电流的方向和大小，使得磁场方向和大小也改变，进而改变转子受到的力矩方向和大小。
通过控制电流，可以实现电机的转速和负载的控制。
总之，无刷直流电机通过电子换向控制系统控制磁场和电枢绕组之间的相互作用，实现电机的运转。
通过不断改变电流方向和大小，可以控制电机的速度和输出扭矩。
直流无刷电动机原理与控制
序言一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装臵，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。
其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。
由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。
针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。
经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。
上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。
由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。
三相直流无刷电动机的基本组成直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位臵传感器和电子开关线路三部分组成。
其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。
图1所示为三相两极直流无刷电机结构，图1 三相两极直流无刷电机组成三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。
位臵传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。
当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位臵传感器将转子磁钢位臵变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各项绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位臵的变化而按一定的次序换相。
由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。
基于扩张状态观测器的永磁无刷直流电机滑模变结构控制
第26卷第20期中国电机工程学报V ol.26 No.20 Oct. 2006 2006年10月Proceedings of the CSEE ©2006 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号：0258-8013 (2006) 20-0139-05 中图分类号：TM383 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40基于扩张状态观测器的永磁无刷直流电机滑模变结构控制夏长亮，刘均华，俞卫，李志强(天津大学电气与自动化工程学院，天津市南开区300072)Variable Structure Control of BLDCM Based on Extended State ObserverXIA Chang-liang, LIU Jun-hua, YU Wei, LI Zhi-qiang(School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, Nankai District, Tianjin 300072, China)ABSTRACT：A simplified model of BLDCM is designed on the basis of the analysis of the actual model and characteristics of VSC, neglecting some minor elements, treating current fluctuation because of the current commutating as a disturbance. Based on the simplified model, the continuous, accurate and robust variable structure controller having an extended state observer for BLDCM is presented. VSC is insensitive to turbulence which can depress influence of the disturbances to BLDCM. The extended state observer (ESO) has good performance which can evaluate the states of uncertain object and real-time quantities of the object’s disturbance. The torque of BLDCM can be evaluated exactly by the extended state observer which increases the precision of control. The simulation illustrates that variable structure controller makes BLDCM less overshoot and quick velocity response which is insensitive to parameters of BLDCM, and has good depression of many disturbances. A TMS320LF2407A digital signal processor (DSP) is used to fully prove the flexibility of the control scheme in real time.KEY WORDS: brushless DC motor; variable structure control; extended state observer; digital signal processor摘要：根据无刷直流电机的数学模型和滑模变结构控制的特点，把换相引起的相电流变化当作外界对电机的干扰，建立了一个模型。
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伺服技术・SERVO TECHN IQUE 无刷直流电机的变结构控制收稿日期:2002-09-27牛蔚华,齐 蓉,方建乾(西北工业大学,陕西 西安 710072)摘 要:介绍了无刷直流电机的一种变结构控制方法。
采用TM S320L F2407芯片,很方便地实现了电机在无刷方式和他控式同步方式之间的切换,发挥了两种方式的优点,有较好的动态和稳态性能关键词:无刷直流电机;TM S320L F2407;无刷方式;同步方式中图分类号:TM381 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2003)01-0031-02Var i able Structure Con trol of Brushless DC M otor by T M S320L F2407N I U W ei-hua,Q I Rong,FAN G J ian-qian(N o rthw estem Po lytechn ical U n iversity,X i’an710072,Ch ina)Abstract:A variab le structu re con tro l strategy of b ru sh less DC mo to r is p resen ted in th is paper.By TM S320L F2407,mo to r is s w iched betw een b ru sh less mode and sync mode easily.D ynam ic and steady-state perfo rm ance are bo th perfect.Key words:b ru sh less DC mo to r;TM S320L F2407;b ru sh less mode;sync mode1 引 言无刷直流电机组成的伺服系统具有转速平滑、响应快、易于控制等特点,因此在要求较高的电气传动领域得到了广泛应用。
但按照常规的控制方法,其转速直接与电压相关,易受电源波动和负载波动的影响。
本文采用的方法是运行于无刷方式下的电机在接近期望转速时切入同步状态,使无刷方式下优良的动态性能和同步方式下很高的转速精度都得以实现。
2 TM S320L F2407芯片TM S320L F2407是美国T I公司推出的一种针对电机数字化控制的D SP芯片。
与此前24x芯片相比,其机器周期更短、外围部件的集成度更高、片内存储器更大、模数转换速度更快,更适合在快速性和精度要求较高的场合作为电机控制器。
为降低功耗,TM S320L F2407采用3.3V直流电压供电(但编程电压为5V),并且有专门的控制寄存器对各个外围部件的时钟进行使能操作。
CPU时钟的典型值为30M H z,即机器周期仅为33.3n s。
片内有多达32K字的FLA SH存储器,544字节的DA RAM和2K的SA RAM。
有两个功能相同的事件管理模块EVA和EVB,每个模块均有两个16位定时器、3个捕捉单元、16通道10位A D、正交编码脉冲电路以及8个PWM输出通道。
3 无刷方式时的控制策略无刷直流电机的电磁转矩表达式和普通直流电机相同,所以控制逆变器输出方波电流的幅值即可控制无刷直流电机的转矩。
在控制过程中,需实时检测转子位置,这可通过多种方法实现。
在本文中采用霍尔元件制成的磁链式转子位置检测器。
该传感器输出信号为三相互差120°、宽度为180°电角度的方波。
这样,在控制时无刷直流电机就可看作1台普通的直流电机,只不过用逆变器和转子位置检测器代替了普通直流电机的电刷和机械换向器。
可以简单地将这种工作方式称为无刷方式。
在无刷方式下,根据各个管子的导通时间不同,又可细分为两两导通方式和三三导通方式。
在前一种方式下,每个管子在1个周期内导通120°,即同一时间有两个管子导通;在后一种方式下,每个管子在1个周期内导通180°,即同一时间有3个管子导通。
两种模式下的开关管控制端波形如图2、3所示。
图1 逆变器—13—无刷直流电机的变结构控制 牛蔚华 齐蓉 方建乾图2 两两导通方式的波形图3 三三导通方式的波形 采用TM S 320L F 2407中EVA 的完全比较输出引脚向电机驱动电路发送6路信号,实现无附加逻辑电路的电机控制。
通过改变PWM 载波的占空比,使等效电压变化,进而使电机转速产生变化,达到调整的目的。
4 同步方式的实现从另一个角度来看,无刷直流电机可以看作永磁同步电机附加了位置传感器后构成,因此,无刷直流电机也可工作在同步方式。
此时,逆变器输出三相互差120°的正弦波。
为使电机工作在同步方式,可采用空间矢量法。
这种方法将逆变量和电机看作一个整体,通过控制逆变器中6个管子的开关,使电机定子磁链矢量动态跟踪给定轨迹。
在忽略了定子绕组电阻压降的情况下,磁链轨迹向着电压矢量方向移动。
因此,通过选取合适的电压矢量,便可控制磁链以给定的幅值沿近似于圆形的轨迹旋转。
由于转子是跟踪磁链的,所以通过控制磁链旋转的速度,便可控制电机转速。
忽略定子电阻压降,需满足f U =c 的一般原则,这可通过调整零矢量作用时间来实现。
和传统PWWM 相比,这种调制方法算法简单,而且谐波小,直流利用率高。
逆变器6个管子的开关状态可有8种状态。
用“1”代表上桥臂导通,“0”代表下桥臂导通。
(1,1,1)和(0,0,0)两种状态时,没有电压加到电机上。
将三相电压在复平面上表示,可得出U (1,0,0)到U (1,0,1)6个两量相差60°的非零矢量和U (1,1,1),U (0,0,0)两个零矢量,如图4所示。
图4 空间矢量图处于每个60°区域内的电压矢量,可以用相邻的两个开关状态矢量和零矢量来合成。
不失一般性,假设U out 处于图中的 区,与U (1,1,0)的夹角为Υ,逆时针方向旋转。
令U x =U (1,1,0),U X+60=U (0,1,0),U 0=U(1,1,1)或U(0,0,0),T 1、T 2、T 0分别为U X 、U X+60、U 0的作用时间,T =T 1+T 2+T 0。
将U out 在U X 和U X+60上分解,并选调制系数为2 3,容易计算出:T 1=U out 2 3U・sin (60°-Υ)sin60°T即 T 1=2・( U out U )・sin (60°-Υ)T 同样,T 2=2・ U out ・sin Υ・TTM S 320L F 2407中有一个空间矢量状态机,为实现这种调制方法提供了极大方便。
由上面的分析可知,U out 与两个相邻开关状态矢量U x 、U X+60以及零矢量U 0的关系为U out =T 1U X +T 2U X+60+T 0U 0,这可通过TM S 320L F 2407作以下设定而实现(以EVA 为例):首先设置A CTRA 和COM CONA ,决定输出极性和常规模式,然后将通用定时器1设置为连续增 减模式,T 1PR 为T 2。
在每个周期内,软件需做以下工作:决定U out 所处的区,即决定U x ,U X+60;确定T 1,T 2和T 0,由于在线计算三角函数耗时很长,所以这几个值可采用查表和拟合的方法得出;根据旋转方向,设置A CTRA 相应位,若为逆时针转,则A CTRA [14-12]赋值为U X 的状态,若为顺时针,则赋值为U X+60的状态;以逆时针为例,C M PR 1赋为T X+602,C M PR 2为(T X 2+T X+60 2),显然,(C M PR 1)≤(C M PR 2)≤(T IPR )。
这样,TM S 320L F 2407会自动产生图5的波形。
5 两种模式的切换通过比较无刷方式和同步方式,可以看出同步方(下转第46页)—23—固化差不多升到设定的温度时,只需把转子放入左端链条上夹紧夹具内,机器便自动地工作:预热、自转、抬头、滴漆、固化……,直至转子经过一个循环,回到左边,操作者便可以拿出转子。
(2)生产效率高:该机两边可以同时工作,1日可滴6000个转子(10h 计),1次可同时滴6个转子,操作者一个循环后,只需一边在上面放入转子,一边在下面就可以取出滴好漆的转子。
(3)工件的运转方式:工件运转方式为间歇式步进与定位自转,在整个工作过程中,机器是以每6个工位为单位进行运转,也就是说专机1次运转6个工位后停止运转,在滴漆工位,开始滴漆,一段时间后,再继续运转6个工位,周而复始。
而工件自转是在预热、滴漆工位、固化区内都保持自转(见图2)。
图2 滴漆与自转示意图(4)采用专用夹具:该机采用的夹具,可以使操作者方便地把转子插入夹具内,利用卡簧的弹性,又可以防止转子在自转时掉出。
滴好漆后又可方便地取出(见图3)。
图3 转子夹具示意图 (5)转子的滴漆量可调:在实际应用中,根据不同客户所采用漆的差异和客户的要求,客户可以自动方便地控制滴漆量的多少,滴漆重量由X -R 线性控制,滴漆时间连续可调。
在该机中,采用电、气控制所需的滴漆量。
5 使用效果Q ZS 8020双烘道转子滴漆机是微电机设备中主要的配套专机,它集机、电、气于一体化,使整个滴漆过程实现了自动化,提高了滴漆质量,大大提高了微电机生产的生产效率,对降低电机生产成本及提高电机的性能质量有着重要的影响,起到了积极的促进作用。
经广大客户使用,以其优异的工作性能和稳定性,受到了电机生产厂家的广泛好评,为越来越多的厂家所称赞。
作者简介:许炳生(1974—),男,助理工程师,学士,从事电机设备的研制开发。
(上接第32页)图5 TM S 320L F 2407自动产生的波形式下隐速精度高,而无刷方式下起动和调速方便。
为了兼顾稳态和动态性能,使两种方式下的优点都得到发挥,特采用变结构的控制方法,就是在同一控制电路中根据不同情况完成上述两种运行方式。
当电动机处于起动或在调整过程中,采用无刷方式。
通过P I 调节载波的占空比,使电机满足动态性能指标:与此同时,根据送入D SP 捕捉单元的霍尔传感器反馈信号,实时计算电机转速。
当电机转速与期望转速接近且相对稳定时,把它切换到同步模式,以保证其稳速精度。
切换点可选在某一路反馈信号的上升沿到来之时。
他控式同步模式下,电机常会由于各种干扰而失步,所以加入电流闭环是必要的。
一旦检测到转速与期望值差别太大,则可判定为失步,使其重新回到无刷方式下,并再次拉回同步。
为避免过于频繁的切换,应将两种模式的相互切换条件设为滞环。
6 结 论实验直流供电电压70V ,额定转速12000r m in ,额定转矩0.107Nm ,极对数为2的直流无刷电机,使用本文所论述的变结构控制策略较好地实现了电机的动态和稳态性能指标,在500～10000r m in 范围内可保证稳态转速误差在万分之一以内,同时有效避免了他控式变频调速中常遇到的失步问题。