第4章2无刷直流电机传感器及驱动
反电动势法无位置传感器无刷直流电动机控制原理
反电动势法无位置传感器无刷直流电动机控制原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣又复杂的话题，那就是无刷直流电动机的控制原理。
听起来可能有点深奥，但别担心，我会尽量把它讲得简单易懂。
你知道吗，这种电动机在生活中可是随处可见，比如咱们的电动车、风扇，还有玩具车，真是名副其实的“万金油”啊！而说到控制这些电动机，反电动势法可谓是个绝妙的选择。
好，我们不啰嗦，赶紧进入正题吧！2. 无刷直流电动机的基础知识2.1 什么是无刷直流电动机？首先，得给大家科普一下，什么是无刷直流电动机。
顾名思义，这种电动机没有传统的刷子。
传统电动机就像一位大厨，得靠刷子来翻炒食材，而无刷电动机就像一台现代化的烤箱，省心又省力。
它的工作原理是通过电磁场的变化来驱动转子运动，这样一来，就能减少摩擦，降低能耗，噪音也小，真是个“安静”的家伙！2.2 反电动势是什么？接下来，我们聊聊反电动势。
这个名字听起来很吓人，其实它就像是一位“调皮的小鬼”，在电动机工作时，会逆着电流的方向产生一种电压。
这种反电动势就像是电动机在努力工作时，给自己制造的一种保护机制。
就好比一个人努力跑步时，突然感到累了，身体会自然而然地减速，反电动势就是这种“减速”效果的体现。
3. 反电动势法的控制原理3.1 如何实现控制？那么，反电动势法到底是怎么控制电动机的呢？其实，这个过程简单得令人惊讶。
控制器会实时监测电动机的反电动势，通过这个信号，判断电动机的转速和位置。
就像一个教练在旁边观察运动员的表现，根据运动员的状态调整训练方案。
这样一来，电动机就能在没有位置传感器的情况下，精准地控制转速，真是一举两得。
3.2 优势与挑战使用反电动势法的好处可多了，首先，省去了位置传感器这个“累赘”，降低了系统的复杂性，成本也随之降低。
其次，由于没有刷子，电动机的寿命大大延长，维护起来也更方便。
不过，挑战也是有的。
比如，启动时电动机的反电动势比较小，控制器可能一时之间“抓瞎”，这时候就需要一些聪明的控制算法来帮忙。
无刷直流电动机及驱动系统设计
无刷直流电动机及驱动系统设计无刷直流电动机是一种能够将电能转化为机械能的电机，它不仅具有高效率、高功率密度、大扭矩和高转速等优点，同时还能在宽范围内调整转速和控制扭矩。
因此，无刷直流电动机及其驱动系统设计成为了工业应用和个人消费电子产品中常见的一种电机类型。
无刷直流电动机驱动系统由电机本体、功率器件、传感器、微控制器和控制算法等组成。
首先，电机本体是电机的核心部分，包括转子、定子、磁铁和绕组等。
转子是电机的运动部分，由永磁体和轴承支撑。
定子是电机的静止部分，由铁芯和绕组组成。
磁铁是电机的永磁体，产生磁场以与永磁体上的磁场相互作用。
绕组是由导线绕制的线圈，通过流过电流产生磁场。
其次，功率器件是驱动系统的关键部分，用于将电能从电源转化为机械能。
一般采用MOSFET或IGBT等功率器件，以实现高速开关和较高电流能力。
它们能够承受高电压和大电流，并快速切换，使得电机能够根据控制信号调整转速和扭矩。
传感器是驱动系统中用于检测电机位置和转速的重要组成部分。
常见的传感器有霍尔传感器、反电动势传感器和编码器等。
霍尔传感器通过检测磁场强度变化来确定转子的位置，反电动势传感器通过测量绕组中电流变化产生的反电动势来确定电机的转速，编码器则能够提供更准确的位置和速度信息。
微控制器是驱动系统中负责控制电机运行的核心部件。
它包含了控制算法、控制逻辑和通信接口等功能，通过与传感器和功率器件进行交互来实现对电机转速、扭矩和方向的精确控制。
微控制器能够根据输入的控制信号，通过调节电流和电压来控制电机的运行状态。
最后，控制算法是驱动系统的重要组成部分，在实际应用中起到至关重要的作用。
常见的控制算法包括PID控制、电流环控制、速度环控制和位置环控制等。
PID控制通过调整比例、积分和微分控制器的系数来达到稳定控制的效果。
电流环控制通过直接或间接测量电机电流，以控制电机的转矩和速度。
速度环控制通过测量电机转速，并根据所需转速和实际转速之间的差异来调整控制信号。
无刷直流电机驱动电路的实现方法
无刷直流电机驱动电路的实现方法文章标题：无刷直流电机驱动电路的实现方法导言:无刷直流电机具有高效、低噪声和长寿命等优点，广泛应用于工业自动化、电动车辆和家用电器等领域。
然而，为了实现无刷直流电机的高效运行，需要一个可靠而高效的驱动电路。
本文将介绍无刷直流电机驱动电路的实现方法，并探讨其中的关键技术和设计要点。
一、无刷直流电机驱动电路的基本原理无刷直流电机驱动电路是通过控制电机的相序和电流来实现电机的运转。
它主要由功率电子器件、控制电路和电源组成。
其中，功率电子器件用于控制电流的开关和调节，控制电路用于检测电机的位置和速度，并控制功率电子器件的工作。
电源则提供所需的电能。
二、无刷直流电机驱动电路的实现方法1. 直流电压源驱动法直流电压源驱动法是最简单、成本最低的无刷直流电机驱动方法之一。
它通过将电压源直接连接到电机的相，通过调节电压的极性和大小来控制电机的运转。
然而，由于缺乏对电机位置和速度的准确检测和控制，其控制性能较差，适用于一些简单的应用场景。
2. 舵机驱动法舵机驱动法通过使用传感器检测电机的位置和速度，并根据检测结果控制功率电子器件的工作，实现对电机的精确控制。
该方法通常包括位置传感器、速度传感器和控制模块。
然而，由于传感器的引入增加了系统的复杂性和成本，对传感器的精度和稳定性要求较高。
3. 无传感器驱动法无传感器驱动法是一种最为常用和成熟的无刷直流电机驱动方法。
它通过使用反电动势（Back EMF）来检测电机的位置和速度，并根据检测结果来控制功率电子器件的工作。
该方法不仅降低了系统的复杂性和成本，还提高了系统的可靠性和稳定性。
然而，由于反电动势的检测较为困难，需要一套复杂的算法和控制策略。
三、无刷直流电机驱动电路的关键技术1. 电子换向技术无刷直流电机的运转需要按照一定的相序来进行，电子换向技术是实现相序控制的关键。
它通过控制功率电子器件的工作来改变电流的方向和大小，从而实现电机的正常运转。
无刷直流电机的驱动电路
无刷直流电机的驱动电路一、无刷直流电机简介无刷直流电机是一种通过电子方式实现电机转子磁场与定子磁场的同步旋转，无需刷子与换向器来调整磁场方向的电机。
它具有高效率、高转矩密度、长寿命等优点，被广泛应用于工业、航空航天、交通工具等领域。
二、无刷直流电机的基本原理无刷直流电机的驱动主要是通过电子器件来控制电机的磁场和转子的位置。
基本原理如下： 1. 无刷直流电机的转子上安装有磁体，称为永磁体，用来产生转子磁场。
2. 定子上绕有若干个线圈，通过电流激励产生定子磁场。
3. 当定子磁场与转子磁场交叉时，产生转矩，使电机转动。
三、无刷直流电机的驱动电路设计要求设计无刷直流电机的驱动电路时，需要满足以下要求： 1. 高效率：电路应尽可能减少能量的损耗，以提高电机的效率。
2. 稳定性：电路应具有良好的稳定性，能够在各种工作条件下保持电机的正常运行。
3. 可调性：电路应具备可调节转速和转向的功能，以满足不同应用场景的需求。
4. 保护功能：电路应具备过流、过温等保护功能，以确保电机和电路的安全运行。
四、无刷直流电机的驱动电路设计方案4.1 无刷直流电机驱动电路的基本组成无刷直流电机的驱动电路通常由以下几部分组成： 1. 电源模块：提供电机驱动所需的电压和电流。
2. 电流检测模块：用于检测电机驱动电路中的电流情况，保护电机和电路的安全。
3. 电压转换模块：用于将电源提供的电压转换为电机所需的工作电压。
4. 逻辑控制模块：根据输入信号控制电机的转速和转向。
5. 保护模块：监测电机驱动电路的工作状态，当出现异常情况时进行相应的保护。
4.2 无刷直流电机驱动电路的工作原理无刷直流电机的驱动电路工作原理如下： 1. 逻辑控制模块接收输入信号，根据信号产生驱动电流的时序。
2. 驱动电流经过电流检测模块后，进入电机的定子线圈。
3. 电机定子线圈中的电流产生定子磁场，与转子磁场交叉产生转矩。
4. 电压转换模块将电源提供的电压转换为电机所需的工作电压。
(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。
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。
多旋翼无人机技术基础 第4章
(4)复励直流电机:复励直流电机有并励和串励 图4-2他励直流电机接线 示意图 两个励磁绕组。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组 产生的磁 通势方向相同则称为积复励;若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
多旋翼无人机动力装置
2)在低电压环境下 单从KV值不可以评价电机的好坏因为不同的KV值有 不同的适用场合，无刷直流电机的电压范围很宽。在低电压环境(例如7. 4V)下.KV值对输出功率的影响有:
(1)KV值低的，由于转速偏低适合配较小的减速比和较大的螺旋桨，可输 出较大功率;
(2)KV值高的，由于转速较高，适合配较大的减速比和较小的螺旋桨，在 满足输出功率的条件下，要减小负荷.避免电流过大。
多旋翼无人机动力装置
4.1.2 多旋翼无人机动力装置的组成 组成多旋翼无人机动力装置的主要部件或系统取决于所采用发动机的类 型。 1.直流电动机及其附件和系统 为多旋翼无人机提供动力的电动机类型主要有无刷直流电机和空心杯有 刷直流电机两种。
多旋翼无人机动力装置
1)无刷直流电机系统 多旋翼无人机采用无刷直流电机作为发动机，其动力装置由5部分构成。 (1)无刷直流电机:无刷直流电机属于外转子电机，没有电刷。 (2)电调:电调全称为电子调速器(ESC),主要作用是控制电机的转速。 (3)电池:电池用来给电机供电，多旋翼无人机常用的电池有聚合物锂电 池.燃料电他等
多旋翼无人机动力装置
4.1.1 多旋翼无人机发动机的分类、功用和要求 1.多旋翼无人机发动机的分类 发动机是能够把其他形式的能转化为机械能，进而产生拉力或推力的机 器，是多旋翼无人机动力装置的核心，被视为多旋粪无人机的心脏。发动 机特性的优劣对多旋翼无人机的各种使用性能都有很大影响，在多旋翼无 人机设计过程中，首先会碰到选用哪种发动机能最有效地满足其技术要求 的问题，要对发动机的性能和特点有深人的了解，以正确选择发动机，并 达到与多旋翼无人机飞行性能的最佳匹配。
直流无刷电机原理及驱动技术
直流无刷电机原理及驱动技术直流无刷电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种以电子换向的方式驱动的电机。
相对于传统的有刷直流电机，无刷直流电机具有更高的效率、更低的能量损耗、更长的寿命和更高的输出功率等优点，因此在许多应用领域得到了广泛应用。
直流无刷电机的工作原理比较复杂，它的转子由一组磁钢组成，分布在转子的外围，并以等间距排列。
在转子的外围，固定了一组电磁铁使得它们的磁极排列和磁铁相互间隔的磁极相对应。
电机通过控制器产生的脉冲信号，控制转子磁极的磁场的极性和强度。
当转子的磁场与电磁铁的磁场产生的磁力相互作用时，就会产生力矩推动转子旋转。
为了控制无刷电机的旋转方向和速度，需要使用电子换向技术。
电子换向可以通过测量转子位置并实时调整电流来实现。
电子换向通常通过三相电流反馈控制来实现。
这意味着需要三个传感器来测量电机的电流，并通过调整电流来实现换向控制。
无刷直流电机的驱动技术有多种，其中最常见的是基于PWM调制的驱动技术。
PWM调制将直流电源与电机连接，并以一定的频率调制电源电压，控制电机的运转速度和力矩。
这种驱动方式能够提高电机的效率，并减少能量损失。
此外，也可以使用传统的定向控制器来实现无刷电机的驱动，通过测量转子位置并控制定子线圈的电流来实现精确的转子控制。
在应用中，无刷电机的驱动技术还可以根据具体的需求进行调整。
例如，使用传感器和反馈控制器来实现闭环控制，可以提高驱动系统的响应速度和稳定性。
此外，还可以使用无传感器的反电动势控制技术，通过测量电机绕组的电流反电动势来测量转子位置，从而实现换向控制。
总之，直流无刷电机通过电子换向和驱动技术，实现了高效、低能耗、长寿命和高输出功率的特点。
在各种应用领域，比如磁盘驱动器、家用电器、汽车等，无刷电机都发挥了重要的作用。
进一步的研究和发展无刷直流电机驱动技术，可以进一步提高其性能，推动其应用范围的拓展。
无刷直流电动机驱动方式分析
无刷直流电动机驱动方式分析无刷直流电动机（BLDC）是一种通过电子器件控制旋转电机转子的直流电动机。
相对于传统的有刷直流电动机，BLDC电动机具有更高的效率、更长的寿命和更低的维护成本。
在工业、家电和汽车等领域得到了广泛应用。
无刷直流电动机的驱动方式包括传统的硬件控制驱动和现代的软件控制驱动。
传统的硬件控制驱动方式通常使用霍尔传感器进行转子位置反馈，以确定电机相位的开关时间，从而实现电机的正向和反向旋转。
这种驱动方式简单且成本较低，但霍尔传感器的安装和维护带来了一定的麻烦。
现代的软件控制驱动方式利用传感器上传的电机状态信息和控制算法，实时调整开关时间和相位电流，从而实现电机的高效能运行。
这种驱动方式通常称为“无传感器控制”或“传感器失效控制”，可以降低系统成本和提高可靠性。
其中一种常用的算法是电角度估算，通过计算电机的电流和电压来估算转子的实际角度。
另外，有些高端的驱动器则使用电磁回馈控制算法，通过直接测量电机的转矩和速度来实现更精确的控制。
无刷直流电动机的驱动方式也可以根据应用需求进行更多的划分。
例如，在一些需要高速度和高精度的应用中，通常采用矢量控制（也称为场定向控制）方式，通过实时调整电机的相位电流和频率来实现精确的转矩和速度控制。
而在一些需要高转矩和快速响应的应用中，通常采用直流转矩控制方式，通过实时调整电机的电流和转矩来实现高转矩和快速加速。
总的来说，无刷直流电动机的驱动方式包括传统的硬件控制驱动和现代的软件控制驱动。
无论采用哪种驱动方式，都需要根据具体应用需求选择适当的控制算法和硬件组件，以实现高效、安全和可靠的电机运行。
无刷直流电机的无位置传感器控制
无位置传感器控制技术是无刷直流电机研究的热点之一，国内外相关研究已经取得阶段性成果。
在无刷直流电机工作过程中，各相绕组轮流交替导通，绕组表现为断续通电。
在绕组不通电时，由于绕组线圈的蓄能释放，会产生感应电动势，该感应电动势的波形在绕组两端有可能被检测出来。
利用感应电动势的一些特点，可有取代转子上的位置传感器功能，来得到需要的换相信息。
由此，就出现了无位置传感器的无刷直流电动机。
尽管无位置传感器控制方式使得转子位置检测的精确度有所降低，但由于取消了位置传感器，电机的结构更加简单，安装更加方便，成本降低，可靠性进一步提高，在对体积和可靠性有要求的领域以及不适合安装位置传感器的场合，无位置传感器无刷直流电机应用广泛。
无位置传感器控制方式下的无刷直流电机具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，同时在一定程度上克服了位置传感器安装不准确引起的换相转矩波动。
无位置传感器技术是从控制的硬件和软件两方面着手，以增加控制的复杂性换取电机结构复杂性的降低。
以采用120o电角度两两导通换相方式的三相桥式Y接无刷直流电机为例，讨论基于现代控制理论和智能算法的无刷直流电机无位置传感器控制方法。
转子位置间接检测法目前无刷直流电机中主要采用电磁式、光电式、磁敏式等多种形式的位置传感器，但位置传感器的存在限制了无刷直流电机在某些特定场合的应用，主要体现在：1、位置传感器可使电机系统的体积增大；2、位置传感器使电机与控制系统之间导线增多，使系统易受外界干扰影响；3、位置传感器在高温、高压和湿度较大等恶劣工况下运行时灵敏度变差，系统运行可靠性降低4、位置传感器对安装精度要求较高，机械安装偏差引起的换相不准确直接影响电机的运行性能。
无位置传感器控制技术越来越受到重视，并得到了迅速发展。
依据检测原理的不同，无刷直流电机无位置传感器控制方法主要包括反电势法、磁链法、电感法及人工智能法等。
反电势法反电势法（感应电动势过零点检测法）目前是技术最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。
无刷电机原理及其驱动控制
ec V T5 V T2 VT2 V T5 t
0
30
90
1 50
2 10
2 70
33 0
39 0
45 0
51 0
57 0
63 0
6 90
t
30
2. 三三导通方式
三相绕组的反电动势波形及其三三导通方式下的导通规律
36
m m m F F sin 2 F sin 2 I W K sin adm a a w 2 2 2
式中 数；
F — — 每相绕组的磁动势； W —— 每相绕组的串联匝
Kw— — 绕组系数。 由于在无刷直流电动机中磁状态角比较大，直轴电枢反 应磁动势可以达到相当大的数值，为了避免使永磁体发 生永久失磁，在设计时必须予以注意。
式中 势；
Ea 、 Eb 、 Ec— — — A、B、 C三相绕组的反电动 ia、ib、ic— — — A、B、C三相绕组的电流；
— — 转子的机械角速度。 可见，电磁转矩取决于反电动势的大小。在一定的转 速下，如果电流一定，反电动势越大，转矩越大。
29
三相绕组的反电动势波形及其二二导通方式下的导通规律
无刷直流电动机与永磁同步电动机两种驱动 模式的波形比较如下图所示。
24
B O
B O
t
t
ea O
ea O
t
t
ia O
ia O
t
t
Ta O Te
Ta O Te
t
t
O
t
O
t
(a) 无刷直流电动机
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计无刷直流电机控制系统设计一、引言近年来，无刷直流电机由于其高效、低噪音和长寿命等特点，被广泛运用在各种领域，如电动汽车、无人机、工业机器人等。
无刷直流电机的控制系统是整个系统的核心，其设计的优劣直接影响到系统的性能和稳定性。
因此，对无刷直流电机控制系统的研究具有重要意义。
二、无刷直流电机基本原理无刷直流电机是一种将交流电转换成直流电的电机，其工作原理和普通直流电机基本相同。
传统的直流电机是通过换向器将直流电源提供的直流电转换成交流电，再通过电刷与换向器进行配合，使得电机能够正常转动。
然而，无刷直流电机通过内部的传感器，能够实时检测转子位置，在合适的时机切换相序，从而实现电机的转动。
其与直流电机相比，具有结构简单、寿命长、噪音低等特点。
三、无刷直流电机控制系统的组成无刷直流电机控制系统主要由传感器、电机驱动器和控制算法三部分组成。
1. 传感器传感器主要用于检测转子位置和转速等信息，常见的传感器有霍尔传感器、编码器等。
通过传感器获得的信息可以提供给控制系统，以便实时控制电机的工作状态。
2. 电机驱动器电机驱动器作为控制系统的核心部件，主要用于控制电机的转速和方向。
电机驱动器通常由功率放大器和控制电路组成，通过接收控制信号，控制电机的运行。
3. 控制算法控制算法是无刷直流电机控制系统的关键，常见的控制算法有电流反馈控制、速度反馈控制和位置反馈控制等。
通过对传感器获得的信息进行处理和分析，控制算法能够准确地控制电机的运行状态，实现所需的功能。
四、无刷直流电机控制系统设计无刷直流电机控制系统的设计需要考虑多个方面的因素，如控制精度、稳定性、响应速度等。
1. 选择合适的传感器传感器的选择直接影响到控制系统的精度和稳定性。
根据实际需求，选择适用的传感器，并进行合理的安装和校准。
2. 电机驱动器的设计电机驱动器需要根据电机的功率和转速等参数进行选择和设计。
选用合适的功率放大器和控制电路，确保电机能够正常工作，并满足系统的要求。
直流无刷电机及其驱动技术
直流无刷电机的未来发展趋势
05
智能化随着智能化技术的不断发展 ，直流无刷电机将实现更加智能化和自适应化的控制和调节。
节能环保化随着全球环保意识的不断提高 ，直流无刷电机的节能环保技术将不断创新和发展 ， 以降低能耗和减少对环境的影响。
高性能化为满足高精度、高速度和高效能等要求 ，直流无刷电机将继续朝着高性能化方向发展。
控制电路
控制方式
调速方法
直流无刷电机的控制方式
直流无刷电机的驱动技术
03
01 电源模块为电机提供电能 ， 同时隔离输入电源和电机 ，保护人身安全。02 控制电路产生控制信号 ，控制开关管的导通和关断 ，进而控制电机的旋转。03 驱动电路将控制信号放大 ，驱动电机旋转。
直流无刷电机驱动电路的基本组成
全桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转、停止和发电状态 ，适用于高速、高转矩 的应用场景。
半桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转和停止 ，适用于低速、低转矩的应用场景。
H桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转和停止。
本文的章节安排
直流无刷电机的基本原理
02
结构
定义
直流无刷电机的定义与结构
工作原理直流无刷电机通过位置传感器实时监测转子的位置 ，控制器根据位置传感器的信号来控制功率电路的通断 ，从而控制电机的转向和转速。
特点直流无刷电机具有高效率、高可靠性、低维护和长寿命等优点。
直流无刷电机的工作原理
直流无刷电机在汽车领域的应用
01
02
03
高性能要求直流无刷电机可以满足航空航天领域对高性能电机的需求 ，具有高精度、高温、高防护等级 等要求。适应恶劣环境直流无刷电机可以在恶劣环境中稳定运行 ，适应航空航天领域复杂的环境条件。
无刷直流电机驱动方案
无刷直流电机驱动方案引言无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）由于其高效率、高转速、高力矩密度等优点，在众多工业和消费电子设备中得到广泛应用。
而BLDC电机的驱动方案则是保证其正常运转和性能发挥的核心要素。
本文将介绍无刷直流电机驱动方案的基本原理和常见的控制方式。
同时，还会讨论一些常见的驱动方案，并比较它们的特点和适用场景。
无刷直流电机的基本原理电机结构BLDC电机的结构与传统的直流电机相似，都由转子、定子、电刷和永磁体组成。
但其不同之处在于BLDC电机的转子上没有电刷，而是通过控制器来实现对定子绕组的电流控制。
工作原理BLDC电机采用电子换向技术，通过控制器对定子绕组的电流进行精确控制，从而实现电机转子的正常运转。
具体而言，BLDC电机的驱动过程可以分为六个步骤：1.磁极A和磁极B受到电流，而磁极C不受电流，此时A磁极和B磁极之间产生差异磁场，转子受到力矩作用转动；2.当转子旋转到一定角度时，磁极A与磁极B之间不再有差异磁场，此时磁极A和磁极C之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转；3.转子继续旋转，磁极A与磁极C之间不再有差异磁场，此时磁极B和磁极C之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转；4.转子继续旋转，磁极B与磁极C之间不再有差异磁场，此时磁极B和磁极A之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转；5.转子继续旋转，磁极B与磁极A之间不再有差异磁场，此时磁极C和磁极A之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转；6.转子继续旋转，磁极C与磁极A之间不再有差异磁场，此时磁极C和磁极B之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转。
通过不断地交替改变电流的流向，BLDC电机可以实现高效、平稳的运动。
无刷直流电机的驱动控制方式传感器反馈控制传感器反馈控制是一种常见的BLDC电机驱动方式，通过磁编器或霍尔效应传感器等装置，实时检测转子位置和转速，并反馈给控制器。
控制器根据传感器的反馈信息，控制定子绕组的电流，从而实现对电机的精确控制。
无刷电机原理及其驱动控制
无刷电机原理及其驱动控制无刷电机（Brushless DC Motor，BLDCM）是一种无刷（刷子）直流电机，也叫永磁无刷直流电机。
相比于传统的有刷直流电机，无刷电机不需要刷子与旋转子进行接触，因此具有更高的可靠性和效率。
无刷电机的工作原理可以简单地分为两部分，即电机的驱动控制与电机的工作原理。
首先，我们来看无刷电机的工作原理。
无刷电机通常由定子和转子两部分组成。
定子上布置有多个驱动线圈，驱动线圈通过外部电流或者输入电压激励而产生磁场。
转子上则安装有磁铁，磁铁的磁场与驱动线圈的磁场相互作用，产生电磁力从而驱动转子旋转。
接下来，我们来看无刷电机的驱动控制。
无刷电机的驱动控制需要实时地检测电机的旋转位置，并控制电子换相器的工作。
通常，无刷电机的驱动控制包含三个主要的阶段：传感器检测、电子换相和电流控制。
传感器检测阶段用来检测电机的旋转位置，传感器通常包括霍尔传感器、光电传感器等。
传感器检测的结果通过反馈信号传递给电子换相器，从而实现电子换相器的动态控制。
电子换相阶段根据传感器检测的结果，动态地改变驱动线圈的激励顺序。
电子换相器通常由逻辑门和功率晶体管等元件组成，它们能够根据电机的旋转位置实时地反转电流的方向，从而改变驱动线圈的激励顺序。
电流控制阶段用于控制电机的转矩和速度。
一般来说，可以使用电流控制器或者PID控制器来实现电流的精确控制，以达到所需的转矩和速度。
无刷电机的驱动控制可以通过硬件实现，也可以通过软件实现。
硬件实现通常使用专用的电子换相器和控制器，而软件实现则利用微控制器或者数字信号处理器等处理器来实现电子换相器和控制算法。
总结起来，无刷电机通过电子换相器和控制算法来实现电机的驱动控制。
电机的工作原理是通过转子上的磁铁和定子上的驱动线圈相互作用来产生电磁力，从而驱动电机的旋转。
无刷电机相比于传统的有刷电机具有更高的可靠性和效率，因此在工业领域和消费电子产品中得到广泛应用。
无刷直流电机的驱动电路
无刷直流电机的驱动电路1. 引言无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种通过电子控制器来驱动的电动机。
与传统的有刷直流电机相比，BLDC电机具有高效率、高功率密度、长寿命、低噪音和低维护成本等优点。
本文将详细介绍无刷直流电机的驱动原理和常用的驱动电路。
2. 无刷直流电机的工作原理无刷直流电机由定子和转子组成。
定子上通常布置有三个绕组，称为A相、B相和C相，每个绕组之间相隔120度。
转子上装有永磁体，当定子绕组通以合适的电流时，会在转子上产生磁场。
通过改变定子绕组中的电流方向，可以实现对转子磁场方向的控制。
BLDC电机的驱动原理基于霍尔效应或传感器less技术。
在霍尔效应驱动中，安装在定子上的霍尔传感器用于检测转子位置，并将信号反馈给控制器。
而在传感器less驱动中，则通过测量定子上产生的反电动势（Back Electromotive Force，简称BEMF）来推测转子位置。
3. 无刷直流电机的驱动电路3.1 相互导通型驱动电路相互导通型驱动电路是最简单的一种BLDC电机驱动电路。
它由六个功率开关组成，分别用于控制A相、B相和C相的绕组。
这些功率开关可以是MOSFET、IGBT或SiC 等器件。
在相互导通型驱动电路中，任意两个绕组之间只能有一个处于导通状态，其余两个则需要断开。
通过控制三个绕组之间的导通状态，可以实现对BLDC电机的转子位置和速度的控制。
3.2 基于霍尔效应的驱动电路基于霍尔效应的驱动电路使用霍尔传感器来检测转子位置，并将信号反馈给控制器。
根据转子位置，控制器会依次打开或关闭相应的功率开关，以实现对BLDC电机的精确控制。
这种驱动方式需要使用专门设计的集成电路（IC），用于处理霍尔传感器产生的信号，并生成适当的控制信号。
常见的IC包括TI公司的DRV8301和Infineon公司的TLE9879等。
3.3 传感器less驱动电路传感器less驱动电路是一种更为先进的驱动方式，它通过测量定子绕组上产生的BEMF来推测转子位置。
无刷直流电机的工作原理(带霍尔传感器)
无刷直流电机的工作原理无刷直流电机的控制结构无刷直流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。
无刷直流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。
也就是说无刷直流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。
无刷直流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。
无刷直流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）无刷直流电机的控制原理要让电机转动起来，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。
直流无刷电机及其驱动技术
电流方向不同时，产生的磁场方向不同。 若绕组的绕线方向一致，当电流从A相绕组流进，从B相绕组流出时，电流在两个绕组中产生的磁动势方向是不同的。
6步通电顺序
三相绕组通电遵循如下规则： 每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个绕组不导通； 通电顺序如下： 1.A+B- 2.C+B- 3.C- 6.A+C-
2）如何实现换相？
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C- 必须换相才能实现磁场的旋转，如果根据转子磁极的位置换相，并在换相时满足定子磁势和转子磁势相互垂直的条件，就能取得最大转矩。 要想根据转子磁极的位置换相，换相时就必须知道转子的位置，但并不需要连续的位置信息，只要知道换相点的位置即可。 在BLDC中，一般采用3个开关型霍尔传感器测量转子的位置。由其输出的3位二进制编码去控制逆变器中6个功率管的导通实现换相。
6步通电顺序
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C- 每步磁场旋转60度，每6步旋转磁场旋转一周； 每步仅一个绕组被换相。
6步通电顺序
随着磁场的旋转，吸引转子磁极随之旋转。 磁场顺时针旋转，电机顺时针旋转：1→2→3→4→5→6 磁场逆时针旋转，电机顺时针旋转：6→5→4→3→2→1 1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-
BLDC电机的机械特性曲线
在连续工作区，电机可被加载直至额定转矩Tr. 在电机起停阶段，需要额外的力矩克服负载惯性。这时可使其短时工作在短时工作区，只要其不超过电机峰值力矩Tp且在特性曲线之内即可。
无刷直流电机霍尔传感器原理
无刷直流电机霍尔传感器原理
无刷直流电机霍尔传感器原理
一、什么是无刷直流电机霍尔传感器
无刷直流电机霍尔传感器是一种新型电机控制系统，是运用传感器技术将电机的转速和位置转变为电信号的情况，可以被用于电动机和控制算法上，从而避免转子反复加载，以减少轨道 1 的变化，保持使用时机械精密寿命及稳定性，更主要地是改善电机的动态性能，也提高机械定位的精确度，因而被广泛应用于多种行动控制系统中。
二、霍尔传感器的工作原理
1、电磁原理：电磁原理是指应用于霍尔传感器的基本原理。
当固定激励磁体和相对的变动磁体被组合，在磁体变动的情况下，空气内的磁场将会不断变化。
2、空气磁场与电流接收电感共振：空气磁场将激励电感，电感上的电容将把微弱空气磁场变换成脉冲电流。
3、调变接收电感接收：调变接收电感接收脉冲电流，并将其转变为电压输出，以此完成从空气磁场到电势变化的过程。
三、霍尔传感器优势特点
1、高精度：采取激励电感的共振原理，由于磁性材料变化不会影响霍尔传感器的表现，可高精度地测量转子的转速、方向和位置。
2、高可靠性：大变压驱动，具有超高的稳定性，守恒性好，低维护，耐干热、耐雨、耐油、耐酸碱等特点。
3、小体积轻重量：小体积、质量轻，占空间小，方便安装，并且多种功能都可以实现，具有高抗干扰能力。
4、低损耗、经济有效：高效损耗低，低能耗，运行电流小，电源稳定，能够节省能源，降低成本。
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11
4.3 无刷直流电动机的位置传感器 4.3.1 方波运行
2.红外光断续传感器
h
12
1）光电二极管
工作原理与电池相似，利用光子引起的电子跃迁将光信号 转变成电信号，光生电流与光强成正比。
光敏二极管的结构与一般二极管相似。 它装在透明玻璃外 壳中, 其PN结装在管的顶部, 可以直接受到光的照射。
当光照射在集电结上时,就会在结附近产生电子-空穴对, 从 而形成光电流,相当于三极管的基极电流。由于基极电流的 增加, 因此集电极电流是光生电流的β倍, 所以光敏晶体管 有放大作用。
h
16
2）光电三极管
光敏三极管有两个PN结。与普通三极管相似，有电流增 益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有 引出线，只有正负（c、e）两个引脚，所以其外型与光敏 二极管相似，从外观上很难区别。
Vs S2
θ B2
Z
19
一、旋转变压器
旋转变压器的工作波形
h
20
一、旋转变压器
3. 旋转变压器的种类
两相旋转变压器的输出电压
u1 umsinpsint u2 umcopssint
三相旋转变压器的输出电压
u1 umsinpsint
u2 umsin(p1200)sint
u3 umsin(p1200)sint
h
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一、旋转变压器
h
22
一、旋转变压器 4. 旋转变压器的专用数字芯片
作用
将旋转变压器输出的模拟量信号转化为数字信号
型号：AD2S80A
h
23
AD2S80A内部结构图
h
24
AD2S80A连接图
h
25
二、编码器（脉冲编码器）
脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置， 能将机械转角变换成电脉冲。
将光敏二极管的PN 结 设置在透明管壳顶部 的正下方
h
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工作原理 光
光照射在PN结上；
无光照时, 反向电阻很大, 反向电流很小（暗电流）。
光照射PN结时, 光子打在PN结附近, 使PN结附近产生光 生电子和空穴对。它们在PN结处的内电场作用下作定向 运动, 形成光电流。光的照度越大, 光电流越大。
3. 编码器工作原理 （1）增量式脉冲编码器
印
园光栅 指示光栅
刷 光源
光电元件
电
结
路
构
板
图 A
旋转轴
护罩
低坐
h
A向
31
（1）增量式脉冲编码器
指示光栅有两组线纹A和B，每组线纹 的节距和圆光栅的节距相同，但A、B两组 线纹彼此错开1/4个节距，每组线纹与旋转 圆光栅配合产生两路脉冲A和B用于记数和 辩向。
h
6
3）霍尔元件
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
h
7
3）霍尔元件
霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳体组成， 如下图示。
h
8
3）霍尔元件
几h 种典型结构
9
4）测量原理
罚担罚
h
10
5）产生位置信号的原理
开关式霍尔传感器 h
光敏二极管在不受光照射时, 处于截止状态, 受光照射时,
处于导通状态。
h
14
2）光电三极管
光电三极管比具有相同有效面积的光电二极管的 光电流大几十至几百倍，但响应速度较二极管差。
工作原理 （1）光电转换 （2）电流放大
h
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工作原理
光敏晶体管与一般晶体管很相似, 具有两个PN结, 只是它的 基区一边做得很大, 以扩大光的照射面积。
1. 开关式霍尔传感器 2. 红外光断续传感器
h
5
1、开关式霍尔传感器
1）概述：
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，得到 广泛的应用。可以检测磁场及其变化，可在各种与磁 场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作 基础。
2）特点：
霍尔器件具有许多优点：结构牢固，体积小，重 量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动， 不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
h
32
▪工作原理
90 U
光线透过两 在 光
电元件上形成明—暗— o 明变化一个周期的光信
h
17
4.3.2 正弦波运行用位置传感器
输出连续的位置信号
一、旋转变压器
输出连续的位置角度的正弦信号
二、编码器
输出连续的位置角度
h
18
一、旋转变压器
1.旋转变压器的结构
结构与两相绕线式异步电机相似，
S1
定子+转子，电磁学原理
2. 旋转变压器工作原理
基本工作原理
Vs Vmsin t
B1
V B K ssV i n K m s V is n itn h
方波运行用位置传感器：特征点位置信号
正弦波运行用位置传感器：连续位置信号
2、位置传感器的主要分类
磁敏式
光电式
磁电式
h
2
4.3 无刷直流电动机位置传感器
一、方波运行用位置传感器
（开关型位置传感器） 检测信号为方波
二、正弦波运行用位置传感器
（跟踪型位置传感器） 可以检测磁极的实时位置
h
3
4.3 无刷直流电动机位置传感器
电脉冲或数字量，
优点：体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等
应用：广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、
机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的
装置和设备中
h
28
2. 编码器的结构
光电式脉冲编码器
光电盘
光电元件 圆盘
聚光镜 光源
信号处理电路
①②③④⑤⑥
数字显示h
29
2. 编码器的结构
接触式
h
30
4.3.1 方波运行用位置传感器
检测信号为方波，只在 转子位置的某些特征点 产生跃变，经过简单的 逻辑变换就可以很方便 地产生绕组电流导通逻 辑信号（功率开关控制 信号）
HA
0
θ
HB
0
θ
HC
0 30
150
270 360
θ
单相通电方式位置信号
h
4
4.3 无刷直流电动机的位置传感器
4.3.1 方波运行用位置传感器
第四章 无刷直流电动机及其控制系统
内容提要
引言 有刷直流电动机的电磁关系 无刷直流电动机系统结构及原理 无刷直流电动机的位置传感器 无刷直流电动机系统的功率驱动电路 无刷直流电动机控制系统及应用
h
1
4.3 无刷直流电动机位置传感器
1、位置传感器的作用
通过检测磁极与定子各相绕组的轴线位置，控制电机定子绕 组的通电方向。
易于与数字电路接口 成本低廉 体积小，安装方便
h
26
1. 编码器（脉冲编码器）分类
脉 冲 编
光电式
增量式脉冲编码器 接触式
码
电磁感应式
器 的 分 类
绝对式脉冲编码盘
光电式 接触式
电磁感应式
h
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1. 编码器（脉冲编码器）分类
光电编码器
原理：一种角度（角速度）检测装置，它将输入
给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的