无刷直流电机余度控制技术讲座
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无刷直流电机原理专业知识讲座
直流电源
电子换相电路电机本体转位置传感器本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站 删除。
一般无刷直流电机的具体控制框图如图所示。定子三相绕组是相差 120°对称分布的。图 中三相绕组是星型连接的。其中6个功率管的开关由控制电路根据转子位置来决定。
调速特性：
由上式可知，在同一转速下改变电源电压，可以很容易的改变
输出转矩，所以无刷直流电机具有良好的调速控制性能，可以
通过调节电压实现平滑调速。
三、无刷直流电机工作原理 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站 删除。
无刷直流电机要转动，须先根据位置传感器的输出信号确认转子位置。然后通过电 子换相线路去驱动电机本体使电枢绕组依次通电，从而在定子上产生旋转的磁场，驱动永磁转 子转动。
因此，可以通过控制电路控制V1~V6 6个开关管的开关 顺序，来调整电机线圈的通电顺序，以实现电机的换相操 作使电机运转起来。
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图为绕组星型连接的具体接线图。电机引出三根线 A、B、C。当它们之间两两通电时，有6 种情况，分别是 AB 、AC、BC、BA、CA、和CB。图示说明线圈通电时产生的磁感应强度的方向 （短箭头表示）和两个线圈合成磁感应强度方向（长箭头表示）。
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机械特性：
机械特性是指外加电压恒定时，电机转速与电磁转矩之间的关系。由上式可知
Te ? Km(U ? ? U ? nKe )
无刷直流电动机控制PPT课件
2）、（7-4）和（7-5）可知：
当换相工作时可得：
（7-6）
（7-7） 无刷直流电机反电势波形为梯形波，可看出它式与空间位置角有关的一个 量，可以根据分段函数形式写出反电势 的表达式，此处以 为例：
（7-8）
其中，ke 为电机的反电动势系数，ωr为永磁转子的电角速度，θe 为转子 与坐标轴a的夹角。eb、ec 分别滞后ea 120°和240°电角度。 2. 转矩和运动方程 电机的电磁转矩方程为
这样，随着位置传感器转子扇形片的转动，定子绕组在位置传感器 VP1、VP2、VP3 的控制下，一相一相地依次馈电，实现了各相绕组电 流的换向。
不难看出，在换向过程中，定子各相绕组在工作气隙中所形成的 旋转磁场是跳跃式的，这种旋转磁场在360。的电角度范围内有3种磁 状态，每种磁状态持续120。电角度。图7.5给出了各相绕组的导通顺 序示意图。
（7-9） 式中，e a 、 eb、ec 和 iA、iB 、iC 分别为A、B、C三相的反电势和定子电流， 为电机的机械角速度。 电机的运动方程为
（7-10） 式中，Te 为电机的电磁转矩，TL 为电机的负载转矩，J 为电机的转动惯量， Ω为电机的机械角速度，ω 为电机的电角速度。 另外转子的位置角 θe 、 Ω 和 ω之间的关系为：
反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电机，称为 正弦波同步电机。这类电机也由直流电源供电，但通过逆 变器将直流电变换成交流电，然后去驱动一般的同步电机。 因此，它们具有同步电机的各种运行特性。
7.1.3 无刷直流电动机特点
1）容量范围大:可达400kw以上； 2）电压种类多:直流供电,交流高低电压均不受限制； 3）低频转矩大:低速可以达到理论转矩输出,激活转矩可以 达到两倍或更高； 4）高精度运转:最高不超过1 rpm.(不受电压变动或负载变 动影响)； 5）高效率:所有调速装置中效率最高,比传统直流电机高出 5~30%； 6）调速范围:简易型/通用型(1:10),高精度型(1:100),伺服型； 7）过载容量高:负载转矩变动在200%以内输出转速不变；
当换相工作时可得：
（7-6）
（7-7） 无刷直流电机反电势波形为梯形波，可看出它式与空间位置角有关的一个 量，可以根据分段函数形式写出反电势 的表达式，此处以 为例：
（7-8）
其中，ke 为电机的反电动势系数，ωr为永磁转子的电角速度，θe 为转子 与坐标轴a的夹角。eb、ec 分别滞后ea 120°和240°电角度。 2. 转矩和运动方程 电机的电磁转矩方程为
这样，随着位置传感器转子扇形片的转动，定子绕组在位置传感器 VP1、VP2、VP3 的控制下，一相一相地依次馈电，实现了各相绕组电 流的换向。
不难看出，在换向过程中，定子各相绕组在工作气隙中所形成的 旋转磁场是跳跃式的，这种旋转磁场在360。的电角度范围内有3种磁 状态，每种磁状态持续120。电角度。图7.5给出了各相绕组的导通顺 序示意图。
（7-9） 式中，e a 、 eb、ec 和 iA、iB 、iC 分别为A、B、C三相的反电势和定子电流， 为电机的机械角速度。 电机的运动方程为
（7-10） 式中，Te 为电机的电磁转矩，TL 为电机的负载转矩，J 为电机的转动惯量， Ω为电机的机械角速度，ω 为电机的电角速度。 另外转子的位置角 θe 、 Ω 和 ω之间的关系为：
反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电机，称为 正弦波同步电机。这类电机也由直流电源供电，但通过逆 变器将直流电变换成交流电，然后去驱动一般的同步电机。 因此，它们具有同步电机的各种运行特性。
7.1.3 无刷直流电动机特点
1）容量范围大:可达400kw以上； 2）电压种类多:直流供电,交流高低电压均不受限制； 3）低频转矩大:低速可以达到理论转矩输出,激活转矩可以 达到两倍或更高； 4）高精度运转:最高不超过1 rpm.(不受电压变动或负载变 动影响)； 5）高效率:所有调速装置中效率最高,比传统直流电机高出 5~30%； 6）调速范围:简易型/通用型(1:10),高精度型(1:100),伺服型； 7）过载容量高:负载转矩变动在200%以内输出转速不变；
无刷直流电机运行原理与基本控制方法讲课文档
电流脉动也比pwm-on方式时大。
（3）采用H_pwm-L_on方式时，下桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动大且与on-pwm方式 时的转矩脉动和电流脉动相等，上桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动小且与pwm-on方
式时的转矩脉动和电流脉动相等。
（4）采用H_on-L_pwm方式时，下桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动小且与pwm-on方 式时的转矩脉动和电流脉动相等，上桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动大且与onpwm方式时的转矩脉动和电流脉动相等。 （5）采用H_pwm-L_pwm方式时，换相转矩脉动最大且非换向相电流脉动也最大。
B
C
T4
T6
T2
D4
D6
D2
ia
ib
ic
ea
eb
ec
o
3
+
位置传 感器
-
第四页，共49页。
无刷直流电机的组成
B ’
C
V1
V2
AC ’ B
A ’
V3
无刷直 流电机
无刷直流电机组成部分：电机 本体、位置传感器、电子开关 线路；
电机本体在结构上与永磁 同步电动机相似；
电子开 关线路
电子开关线路由功率逻辑开关 单元和位置传感器信号处理单 元两部分组成；
0
Is
12
tf
t
iC
iB
t
" f
tf
t
iC
无刷直流电机的反电动势
13
第十三页，共49页。
无刷直流电机的换流模式
T1
t T1
t
T4
t T4
t
T3
t T3
t
T6
t T6
（3）采用H_pwm-L_on方式时，下桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动大且与on-pwm方式 时的转矩脉动和电流脉动相等，上桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动小且与pwm-on方
式时的转矩脉动和电流脉动相等。
（4）采用H_on-L_pwm方式时，下桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动小且与pwm-on方 式时的转矩脉动和电流脉动相等，上桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动大且与onpwm方式时的转矩脉动和电流脉动相等。 （5）采用H_pwm-L_pwm方式时，换相转矩脉动最大且非换向相电流脉动也最大。
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位置传 感器
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无刷直流电机的组成
B ’
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AC ’ B
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无刷直 流电机
无刷直流电机组成部分：电机 本体、位置传感器、电子开关 线路；
电机本体在结构上与永磁 同步电动机相似；
电子开 关线路
电子开关线路由功率逻辑开关 单元和位置传感器信号处理单 元两部分组成；
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无刷直流电机的反电动势
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无刷直流电机的换流模式
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直流无刷风扇课程02电性功能说明
1
Va=α × Vs
2
PWM控制概念
PWM控制概念【註一】
原理上，α介於0與1之間，亦即0≦α≦1 α=0時，即Va=0 α=1時，即Va=Vs
α=0.5
α=0.8
α=0.3
PWM控制概念
開關控制訊號
鋸齒波
輸入訊號
三角波
Duty相同
Duty大
Duty小
PWM控制概念【註二】
電路舉例【註三】
THANK FOR YOU WATCHING
電子元件部分的保護
3.1.逆向電壓保護（Reverse Voltage Protection （DC fans））：以半導體元件在電源輸入端子及IC間做緩衝保護，以DC12V的風扇為例，在使用者因意外，造成電源反接時，可承受至DC13.8V的電壓而馬達元件不燒毀。而DC24V則要求至DC27.6V。此種保護模式幾乎是所有使用者的基本需求，一般常外加二極體或使用其它降壓元件來達到需求。
馬達保護
3.4.所謂馬達保護即是FAN 在LOCK狀態下具有AUTO SHUT DOWN AND AUTO RESTART。這樣做的好處是﹕不至于在通電FAN持續被LOCK的情況下馬達溫度過高而被燒毀﹐有利于安規保証﹐安規要求的是FAN在通電狀態持續LOCK馬達溫度不高于150℃。如果我們的FAN有馬達保護功能﹐則我們的FAN在接通額定電壓的狀態下即使持續被LOCK﹐也只是很少一部分時間有電流通過馬達線圈﹐防止了馬達溫度過高現象的出現。
風扇額外的控制功能（Special Control Function） 運轉警示信號（Alarm Signal），這是屬於一般較常見的額外控制功能，幫助系統判斷本身的狀況，已達到保護系統的功能，其種類如下所示：
Va=α × Vs
2
PWM控制概念
PWM控制概念【註一】
原理上，α介於0與1之間，亦即0≦α≦1 α=0時，即Va=0 α=1時，即Va=Vs
α=0.5
α=0.8
α=0.3
PWM控制概念
開關控制訊號
鋸齒波
輸入訊號
三角波
Duty相同
Duty大
Duty小
PWM控制概念【註二】
電路舉例【註三】
THANK FOR YOU WATCHING
電子元件部分的保護
3.1.逆向電壓保護（Reverse Voltage Protection （DC fans））：以半導體元件在電源輸入端子及IC間做緩衝保護，以DC12V的風扇為例，在使用者因意外，造成電源反接時，可承受至DC13.8V的電壓而馬達元件不燒毀。而DC24V則要求至DC27.6V。此種保護模式幾乎是所有使用者的基本需求，一般常外加二極體或使用其它降壓元件來達到需求。
馬達保護
3.4.所謂馬達保護即是FAN 在LOCK狀態下具有AUTO SHUT DOWN AND AUTO RESTART。這樣做的好處是﹕不至于在通電FAN持續被LOCK的情況下馬達溫度過高而被燒毀﹐有利于安規保証﹐安規要求的是FAN在通電狀態持續LOCK馬達溫度不高于150℃。如果我們的FAN有馬達保護功能﹐則我們的FAN在接通額定電壓的狀態下即使持續被LOCK﹐也只是很少一部分時間有電流通過馬達線圈﹐防止了馬達溫度過高現象的出現。
風扇額外的控制功能（Special Control Function） 運轉警示信號（Alarm Signal），這是屬於一般較常見的額外控制功能，幫助系統判斷本身的狀況，已達到保護系統的功能，其種類如下所示：
无刷直流电动机余度控制技术
关 键 词 ：无 刷 直 流 电 动 机 ； 度 ；控 制 系 统 余 中 图分 类 号 ： Ｍ３ １２ Ｔ ３ 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：６ ３６ ４ （０ ７ ０ － ３ －４ Ｔ ０ ．： Ｍ３ Ａ １７ － ０ ２０ ）３０ ９０ ５ ０
Ｒｅ ｕｎ ｎ ｙ Ｃｏ ｔ ｏ ｓｅ ｆＢｒ ｈ ｅ ｓＤ Ｃ ｏ ｏ ｄ ｄａ ｃ ｎ ｒ ｌＳｙ ｔｍ ｏ ｕｓ ｌｓ Ｍ ｔｒ
构 简 单 、 行 可 靠 、 护方 便 等 优点 ， 运 维 又具 有 直 流
电动机 的运行 效 率 高 、 励磁 损 耗 及 调 速 性 能好 无
等 特点 ， 当今 国 民经 济 的 各个 领 域 应 用 日益 普 在 及 。在航 空领 域 ， 种高 性能 作 战飞机 如直 升机 、 多 歼击 机 、 无人 机 等 正 逐 步 由机 电传 动机 构 （ ｌ — Ｅｅ ｃ
环境控制等电力操纵 和电力传动系统 ， 与飞行安
全 和战机性 能 紧密 相 关 ， 须 具 有 高 可靠 性 和 容 必 错能 力 。为此 ， 内外对 余 度 控 制 系统 作 了大 量 国 的研 究工 作 。研 究结 果表 明 ， 制 电路 的可靠 控
０ 引 言
由于无 刷直 流 电动机既 具有 交流 电动 机的结
脉宽 调制 （ ＷＭ） 出 ， Ｐ 输 同时 能使 另一 余 度驱 动 电
路 驱 动 电机 继续 运行 ； 在控 制系 统运行 时 ， 能够 及
时 、 稳地 进行 工 作 模 式 切换 而 不 出现 扰动 。控 平 制 电路 双余 度结 构模 式提 高 了整个控 制 系统 的可 靠性。
２． ｒ Ｆ ｒ ｅ ｏ ９ ４ Ｔｒ ｏ ，Ｈｅ ｅ ｎ ｚ ｏ ６１ ３ Ａｉ ｏ ｃ ｆ９５ ７ ｏ ｐｓ ｂ ｉＣａ ｇ ｈ ｕ ０ ０ ６，Ｃｈ ｎ ｉａ
Ｒｅ ｕｎ ｎ ｙ Ｃｏ ｔ ｏ ｓｅ ｆＢｒ ｈ ｅ ｓＤ Ｃ ｏ ｏ ｄ ｄａ ｃ ｎ ｒ ｌＳｙ ｔｍ ｏ ｕｓ ｌｓ Ｍ ｔｒ
构 简 单 、 行 可 靠 、 护方 便 等 优点 ， 运 维 又具 有 直 流
电动机 的运行 效 率 高 、 励磁 损 耗 及 调 速 性 能好 无
等 特点 ， 当今 国 民经 济 的 各个 领 域 应 用 日益 普 在 及 。在航 空领 域 ， 种高 性能 作 战飞机 如直 升机 、 多 歼击 机 、 无人 机 等 正 逐 步 由机 电传 动机 构 （ ｌ — Ｅｅ ｃ
环境控制等电力操纵 和电力传动系统 ， 与飞行安
全 和战机性 能 紧密 相 关 ， 须 具 有 高 可靠 性 和 容 必 错能 力 。为此 ， 内外对 余 度 控 制 系统 作 了大 量 国 的研 究工 作 。研 究结 果表 明 ， 制 电路 的可靠 控
０ 引 言
由于无 刷直 流 电动机既 具有 交流 电动 机的结
脉宽 调制 （ ＷＭ） 出 ， Ｐ 输 同时 能使 另一 余 度驱 动 电
路 驱 动 电机 继续 运行 ； 在控 制系 统运行 时 ， 能够 及
时 、 稳地 进行 工 作 模 式 切换 而 不 出现 扰动 。控 平 制 电路 双余 度结 构模 式提 高 了整个控 制 系统 的可 靠性。
２． ｒ Ｆ ｒ ｅ ｏ ９ ４ Ｔｒ ｏ ，Ｈｅ ｅ ｎ ｚ ｏ ６１ ３ Ａｉ ｏ ｃ ｆ９５ ７ ｏ ｐｓ ｂ ｉＣａ ｇ ｈ ｕ ０ ０ ６，Ｃｈ ｎ ｉａ
无刷双馈电机控制技术讲义资料
无刷双馈电机控制技术✧无刷双馈电机的运行原理✧绕线式转子无刷双馈电机的数学模型✧绕线式转子无刷双馈电机控制系统分析1 无刷双馈电机的运行原理1.1 工作原理无刷双馈电机与两台极联的感应电机的原理相同。
两台电机级联是将两台绕线式电机的轴相连，转子绕组反相序连接。
级联电机系统从第一台电机的定子侧输入电功率，通过转子传递给第二台电机的转子绕组侧，第二台电机的定子绕组外接电阻短接。
省去了滑环，系统通过改变外接电阻大小就可以改变电机的转速。
无刷双馈电机接线如下图1.1所示，两套定子绕组没有直接电磁耦合，转子经特殊设计，起着两套定子绕组之间能量传递中介。
电网图1.1 无刷双馈电机系统示意图功率绕组p p 对极接入工频电源（p f ）、控制绕组c p 对极接变频器（c f ），两套绕组同时通电，在气隙中产生两种极对数不同的磁场，这两个磁场通过转子的调制，发生相互耦合，实现能量的相互传递。
功率绕组在电机气隙中产生的磁场同步转速：60p sp pf n p =转差率：sp r p rp sp pn n s n ωωω--==则转子绕组感应的电流频率为：6060p p rp p rp f p n s f f -==控制绕组接入变频电源时频率c f ，控制绕组与功率绕组反相序，故产生的旋转磁场方向与功率绕组产生的旋转磁场方向相反，其在转子绕组感应的电流频率：6060c c rc c rc f p n s f f +==采用绕线式转子结构电机（如变极法或齿谐波法），转子绕组共用线圈，因此当电机稳定运行时感应的转子绕组电流频率有rp rc f f =，因此由上面式子可得：p c r p cf f f p p -=+转子机械转速为：60()p c p cr f f p p n -=+如果第一台电机的定子输入的电功率是N P ，当运行于某一转速时的两台电机的转差分别是p s 和c s 。
可以得到第一台电机的机械功率：(1)wp p N P s P =-忽略了电机的其他损耗，p N s P 就成为第一台电机通过转子传给第二台电机的电功率，由于第二台电机的功率来源于它的转子，第二台电机的转子按变压器原理为原边，而第二台电机的定子为副边。
永磁无刷直流电机(电机控制)课件
设备的驱动。
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
无刷直流电机的原理和控制——介绍演示幻灯片共28页文档
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
无刷直流电机的原理和控制——介绍 演示幻灯片
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
பைடு நூலகம்
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
45、自己的饭量自己知道。——苏联
双余度无刷直流电动机的建模与余度控制技术
双 余 度 无刷 直 流 电动 机 的 建 模 与 余 度 控 制 技术
马 瑞 卿 ， 卫 国 ， 永 亮 刘 杨
（ 北 工业 大 学 ， 西 西 安 ７０ ７ ） 西 陕 １０ ２
摘
要： 参考 自感 和相 间互感 的关系公式 ， 立了双余 度无刷直流 电动机 的数学 模型 。在 Ｍａ ａ／ ｉｕｉｋ环境 建 ｔｂＳ ｌ ｌ ｍ ｎ
（ ｏｔｗ ｓ ｒ ｏ ｔｃｎｃｌ ｎｖｒ ｔ， ｉｎ７ ７ ， ｈｎ ） Ｎ ｒ ｅｔ ｎＰ ｌ ｅｈ ｉ ｉ ｓｙ Ｘ ０ ２ Ｃ ｉａ ｈ ｅ ｙ ａＵ ｅｉ ｈ １ ０
Ａ ｓ ａｔＩ ｉ ｐｐｒ ｔｅｍ ｔｅ ｔ ａ ｍ ｄｌ ｆ ｕ ｌ ｒｄ ｎ ａｃ ｒｓｌ ｓ Ｃｍ ｔｒ Ｄ ｂｔ ｃ ： ｔ ｓ ａｅ ，ｈ ａ ｍａｃｌ ｏｅ ｏ ａ — ｅｕ ｄｎ ｙ ｕｈ ｓ Ｄ ｏｏ （ Ｒ—Ｂ Ｄ Ｍ）ｗ ｓｂ ｉ ｒ ｎｈ ｈ ｉ ｄ ｂ ｅ ＬＣ ａ ｕｌ ｔ
关键词 ： 无刷直流 电动机 ； 双余度 ； 建模 ； 余度控制
中图 分 类 号 ： Ｍ３ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ４— ０ ８ ２０ ）７－ ０ ２—０ １０ ７ １ （０ ８ ０ ０ ３ ４
Ｍ ｏ ｌ ｎ Ｒｅ ｕｎ ｎｃ ｎｔ ｏ ｆＤｕ ｌ— Ｒｅ ｕｎｄ ｎｃ ｕ ｈ ｅ ｓＤＣ ｏ ｏ ｄｅｉ ａ ｄ ｄ ｄａ ｙ Ｃｏ ｒ ｌｏ ａ － ｄ ｎｇ ａ ｙ Ｂｒ ｓ ｌ ｓ Ｍ ｔｒ ＭＡ ｉ ｉｇ， Ｉ Ｗｅ Ｒｕ —ｑｎ Ｌ Ｕ ｉ—ｇｕ Ｙ ｏ， ＡＮＧ ０ ｇ—ｌａ ｇ ｙｎ ｉｎ
维普资讯
驱 控
… ／ ｒ ２— … 一… … … －… － … 一 … … … … － 一－ － … － … 一 … … … － … － － … 一－ 一 … … …
直流无刷电机的原理与控制.(DOC)
直流无刷电机在各个方面得到广泛的应用，处处都可以见到它们的踪影，种类也很繁多，因为本人从事的是电动车方面的行业，故在这里我们主要讲讲电动车上直流无刷电机的原理和控制它的结构图如下：（这是一个小型直流无刷电机的结构图，是本人根据实物，用WINDOWS画图板一笔一画绘制，发了不少心血，未经同意，不得转载）当然电动车上的无刷电机线圈更多，不过和下面介绍的原理是一样的。
这样做的目的是为了简化，同时也是为了使大家更易于理解。
其实无刷电机的原理很简单，概括的说就是：当给内置霍耳传感器接通电源时，这些霍耳传感器将信号输入到控制器其实这些信号间接反映了转子所处的位置控制器对这些信号经过判断之后，作出相应的输出，并给相应的线圈通电，通电产生了磁场。
因为同性相斥，异性想吸的原理，定子和转子就相对移动。
普通无刷电机的定子是线圈（上面连有霍耳传感器），于是转子（磁钢及轮子）受迫转动。
转子一转动，内置霍耳传感器的输出信号便发生改变，控制器又输出不同方向的电流而该输出产生的磁场又刚好再次和固定磁场（磁钢）同性相斥，异性相吸，结果再次迫使转子转动，接着霍耳传感器的输出信号又再次发生改变.......这样周而复使，轮子就不断转动（每次霍耳信号改变，控制器产生的电流方向要与电机所要求的一致才行，也就是相序要匹配，轮子才会朝一个方向运动）。
文笔不好，概括不全，请大家莫怪。
电机内部霍耳传感器的正电源线即红线一般接5－12v直流电。
而以5V居多。
霍耳的信号线传递电机里面磁钢相对于线圈的位置，根据三个霍耳的信号控制器能知道此时应该如何给电机的线圈供电（不同的霍耳信号，应该给电机线圈提供相对应方向的电流），就是说霍耳状态不一样，线圈的电流方向不一样。
二，无刷电机的运行原理霍耳信号传递给控制器，控制器通过电机相线（粗线，不是霍耳线）给电机线圈供电，电机旋转，磁钢与线圈（准确的说是缠在定子上的线圈，其实霍耳一般安装在定子上）发生转动，霍耳感应出新的位置信号，控制器粗线又给电机线圈重新改变电流方向供电，电机继续旋转（线圈和磁钢的位置发生变化时，线圈必须对应的改变电流方向，这样电机才能继续向一个方向运动，不然电机就会在某一个位置左右摆动，而不是连续旋转），这就是电子换相。
无刷直流电机的原理和控制——介绍演示幻灯片共28页
流电机的原理和控制——介绍演 示幻灯片
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
无刷直流电机余度控制技术应用讲座
白色为C型样机 黑色为D型样机 每套样机均有自己的转 子为之传感器和三相Y形 绕组。共用一个稀土永磁 转子。
双余度无刷直流电动机控制技术
1、双余度控制的基本思想：
系统全部为——电气双余度。 双余度采用——热备式工作方式。 即系统上电后，双余度同时工作。如果任一余 度发生崩溃性故障，则该余度自动退出工作， 另一余度独立承担全部负载并继续工作。 负载分配——双余度工作时，负载（电流）均 分；单独余度工作，承担全部负载（转矩）。 系统上电后，具有故障自动检测功能 。
双余度工作时一个周期内的导通关系
电角度 0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330
余度1
A/B A/B A/C A/C B/C B/C B/A B/A C/A C/A C/B C/B
余度2
C/B A/B A/B A/C A/C B/C B/C B/A B/A C/A C/A C/B
简介
• 一般飞机舵回路共有三个舵机，分分别为方向舵、升降 舵、副翼舵。为了提高舵回路的可靠性，三个舵回路均 采用电气双余度（双通道），舵回路是飞控系统的关键 设备，其可靠性和先进性至关重要。
• 舵回路的功能是接收飞机上飞控计算机发出的控制指令， 经过三通道舵回路系统伺服放大器（装在一个机箱内） 的信号处理、综合控制与功率放大，进而驱动相应舵回 路的双余度永磁无刷直流电动机和舵机，改变相应回路 舵面的输出转角来操纵飞机的飞行方向，以改变飞机的 姿态和航向，实现飞控系统对飞机的自动飞行控制。
无刷直流电动机控制器
• 右图为一个 电机余度调 试时的情况， 上面的小板 为通过DSP 串行口的静 态转速显示。
双余度无刷直流电动机故障分析
双余度无刷直流电动机控制技术
1、双余度控制的基本思想：
系统全部为——电气双余度。 双余度采用——热备式工作方式。 即系统上电后，双余度同时工作。如果任一余 度发生崩溃性故障，则该余度自动退出工作， 另一余度独立承担全部负载并继续工作。 负载分配——双余度工作时，负载（电流）均 分；单独余度工作，承担全部负载（转矩）。 系统上电后，具有故障自动检测功能 。
双余度工作时一个周期内的导通关系
电角度 0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330
余度1
A/B A/B A/C A/C B/C B/C B/A B/A C/A C/A C/B C/B
余度2
C/B A/B A/B A/C A/C B/C B/C B/A B/A C/A C/A C/B
简介
• 一般飞机舵回路共有三个舵机，分分别为方向舵、升降 舵、副翼舵。为了提高舵回路的可靠性，三个舵回路均 采用电气双余度（双通道），舵回路是飞控系统的关键 设备，其可靠性和先进性至关重要。
• 舵回路的功能是接收飞机上飞控计算机发出的控制指令， 经过三通道舵回路系统伺服放大器（装在一个机箱内） 的信号处理、综合控制与功率放大，进而驱动相应舵回 路的双余度永磁无刷直流电动机和舵机，改变相应回路 舵面的输出转角来操纵飞机的飞行方向，以改变飞机的 姿态和航向，实现飞控系统对飞机的自动飞行控制。
无刷直流电动机控制器
• 右图为一个 电机余度调 试时的情况， 上面的小板 为通过DSP 串行口的静 态转速显示。
双余度无刷直流电动机故障分析
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双余度无刷直流电动机系统组成框图
双 余 度 无 刷 直 流 电 动 机 系 统 组 成 图
电机为双余度稀土 永磁无刷直流电机， 有两套独立的转子 位置传感器和两套 定子绕组。该系统 具有两套驱动器， 两套DSP控制器， 两DSP相互通讯。 从结构上是真正的 双余度系统。
双余度无刷服放大器控制的EMA已成 为各国航空航天等军事技术领域的热门研究课题。 如：美国NASA先后在F15、F16、 F18战斗机和 C41运输机中试验了新型EMA；英国国防部在未 来攻击机系统（Future Offensive Aircraft System, FOAS）中重点考虑使用EMA，并改进“阵风” （Rafale）/EF2000；空中客车（Airbus）公司联 合多家国际航空企业也在进行应用于大型民用客 机的EMA试验研究工作；波音（Boeing）公司正 在积极地探讨EMA用于新一代大型干线飞机的优 势与可行性问题。
简介
以稀土永磁无刷直流电动机（Brushless DC Motor， BLDCM）为代表的电动舵机研究正在成为先进飞 机新的舵机执行元件。如法国的“美洲豹”直升 机（Helicopter）和美国的联合制导攻击弹（Joint Direct Attack Munition，JDAM）以及“捕食者”、 “全球鹰”等高空无人飞机（Unmanned Aircraft， UMA）均采用了直流无刷电动机作为执行元件， 以替代原来电刷直流电动机。
无刷直流电动机的余度控制技术
2012年4月24日
简介
伺服作动器是飞行控制系统的执行机构，亦称舵机（Actuator）。 舵回路是由伺服放大器和舵机（含各种传感器）组成的伺服系统，
伺服放大器按照飞控计算机输出指令对飞行器的舵机进行控制， 从而操纵各舵面进行直接（复合舵机型）或间接（辅助舵机型） 控制。 根据动力源的不同，作为飞控系统关键驱动部件的舵机，经历了 气动舵机、液压舵机，气动舵机和液压舵机具有优良的动态特性， 容易实现大功率推力作动，因而在相当长的一段时间内得到了广 泛的应用。但由于飞控系统一般要求具有高精度、高灵敏度、高 可靠性和好的维护性，而该类舵机存在结构复杂、加工精度高、 质量大、成本高、维护性差，以及与飞控计算机可传递的信息量 相对较少等缺点。随着现代先进的多/全电飞机（More /All Electrical Aircraft，M/AEA）操纵系统对功率电传（Power ByWire, PBW）技术的深入研究，电动舵机（Electromechanical Actuator, EMA）已成为新型飞控系统的研发主题。
简介
但是由于电刷直流电动机存在机械电刷和换向器， 容易产生噪声、火花和电弧引起的射频干扰，而 且电刷和换向器之间的机械磨擦容易在电机换向 器表面形成积炭，导致电机绝缘下降，电刷磨损 还会导致电机换向恶化，可靠性降低，维护性变 差，寿命缩短。在飞机空中格斗、超低空和高高 空飞行中，需要准确、快速地实现复杂飞行轨迹 控制，电刷直流电动机已极不适应现代高性能飞 机要求高可靠性、长寿命和良好的维护性等要求。
简介
一般飞机舵回路共有三个舵机，分分别为方向舵、升降 舵、副翼舵。为了提高舵回路的可靠性，三个舵回路均 采用电气双余度（双通道），舵回路是飞控系统的关键 设备，其可靠性和先进性至关重要。
舵回路的功能是接收飞机上飞控计算机发出的控制指令， 经过三通道舵回路系统伺服放大器（装在一个机箱内） 的信号处理、综合控制与功率放大，进而驱动相应舵回 路的双余度永磁无刷直流电动机和舵机，改变相应回路 舵面的输出转角来操纵飞机的飞行方向，以改变飞机的 姿态和航向，实现飞控系统对飞机的自动飞行控制。
双余度电动舵机系统组成
系统组成：
双余度无刷直流电动机本体（含双余度转子位置传 感器）
双余度伺服控制器（每个余度均为位置、速度、电 流三闭环控制）
舵机为大传动比齿轮减速器，通过输出轴上的钢索 带动飞机多面正/反向运动。
舵面位置角度传感器采用双联塑料传感器 速度传感器采用交流测速发电机 左右门限开关采用微动开关 电磁离合器
双余度无刷直流电动机控制技术
2、技术要求： 额定电压：28VDC 电压波动范围：18～ 32VDC 额定功率：2×60W 额定转速：6100r/min 飞控系统频响：＞3Hz 工作温度：-55～70℃ 减速器输出轴运行角度范围为-65°～ +65°
转子位置传感器：
定子：冲片为12槽，双 传感器：小封装开关型
余度均采用隔槽嵌放 三端Hall位置传感器。
式三相集中整距绕组， 传感器敏感磁钢： 采
Y型接法。
用与转子主磁钢一样
转子：采用大极弧系数 的瓦片磁钢（厚1.3），
瓦片磁钢，稀土永磁 轴向充磁，2对极。
磁钢，径向充磁，2对
极。
双余度无刷直流电动机
双余度稀土永磁无刷直流 电动机经过了两轮研制： 如右图所示： 其中：
白色为C型样机 黑色为D型样机 每套样机均有自己的转 子为之传感器和三相Y形 绕组。共用一个稀土永磁 转子。
双余度无刷直流电动机控制技术
1、双余度控制的基本思想：
系统全部为——电气双余度。 双余度采用——热备式工作方式。 即系统上电后，双余度同时工作。如果任一余 度发生崩溃性故障，则该余度自动退出工作， 另一余度独立承担全部负载并继续工作。 负载分配——双余度工作时，负载（电流）均 分；单独余度工作，承担全部负载（转矩）。 系统上电后，具有故障自动检测功能 。
简介
国内从上一世纪八十年代，电动舵机在直升机、 无人机、导弹等飞行器的操纵系统中获得应用， 到目前基本上都是采用电刷直流电动机（Brush DC Motor，BDCM）甚至交流电机作为执行电机， 而且是单余度工作。通过大减速比传动装置后， 驱动飞机舵面在一定角度内作高频可逆运行，实 现自动飞行控制。目前，电动舵机采用电刷直流 电动机已经实用化，如中航一集团618所、中航二 集团242厂等均可提供上天产品。