直流无刷电机简易正弦波控制
电动车正弦波控制技术
1、按照T计算可以消除霍尔安装误差以及沿延迟。 2、按照T1~T6计算可以消除速度突然变化时的角度计算误差。
43
180度控制模式的关键技术分析
整体系统控制结构
44
第四部分 180度正弦波矢量控制的实现
45
180度控制模式的实现
电流重构的实现要求
电流采样对MCU的要求
能定时采样 采样速度快
A Y Z
Fad S N
Faq Fa C X II
B Fr I
如图所示，电枢 磁动势的直轴分 量Fad对转子主磁 极产生最大去磁 作用
13
无刷直流电机的基本控制技术
无刷直流电机的电枢反应
A Y S Z
Fa C Faq
N
Fad X
B I
如图所示，电枢磁 动势的直轴分量Fad 对转子主磁极产生 最大增磁作用。
注：本电路采用内部运放作为瞬时电流保护和电流检测。 实际应用还应采用运放进行平均电流的采样保护
56
180度控制模式的实现
180度正弦波控制的特点分析
1、矢量控制 保证恒定转矩电流，消除电机的增磁和去磁反应。 2、两相PWM调制 降低开关损耗，提高系统效率。 3、相电流重构技术 适时监测相电流的大小，从而实现电流控制和保护。
Hall IC
霍尔元件功能方框图 霍尔元件磁电转换
18
无刷直流电机的基本控制技术
无刷直流电动机转子位置信号的检测－霍尔元件
1、三个霍尔元件在 空间依次相差120o电 角度 2、传感器磁极与转 子磁极同轴旋转、极 数相等、极性相对应
19
无刷直流电机的基本控制技术
霍尔元件的安装方式
20
无刷直流电机的基本控制技术
无刷直流电机正弦波控制芯片
4
TOSHIBA
引脚描述
符号
输入/输出信号
数字 设置死区时间的输入引
脚 L：3.8Μs
Td
L：0.8 V（max）
H：2.6μS
H：vrefout−1 V（min）
输出逻辑选择信号 输入引脚
L：低电平有效 H：高电平有效
数字
OS
L：0.8 V（max）
H：vrefout−1 V（min）
过电流保护 信号输入引脚
输出导通信号
输出导通信号
电源电压引脚
VCC = 6 V to 10 V
输入设置死区时间
L: 3.8 μs, H or Open: 2.6 μs
电源地
接地
信号地
接地
声明：本文档由英文版翻译而来并非准确仅供参考，请按原英文版为准。
3
TOSHIBA
输入/输出等效电路
引脚描述
位置信号输入端子 U 位置信号输入引脚 V
符号 HU HV
输入/输出信号
数字
施密特触发器 滞后 300 毫伏（典型）
位置信号输入引脚 W
正向/反向转换 输入引脚 L：向前（CW） H：反向（CCW）
复位输入 L：停止运行（复位）。
HW
L：0.8 V（最大）
H：Vrefout−1 V（最小）
数字
施密特触发器
CW/CCW 滞后 300 毫伏（典型）
U
模拟
V
W
推挽输出：±2 毫安（max）
X
Y
L：0.78 V（max）
Z
H：vrefout−0.78 V（min）
声明：本文档由英文版翻译而来并非准确仅供参考，请按原英文版为准。
180度正弦
无刷直流风扇电机180度正弦波控制目前的变频风扇一般采用无刷直流电机，因其无励磁绕组、无换向器、无电刷、无滑环，结构比一般传统的交、直流电动机简单，运行可靠，维护简单。
与鼠笼型感应电动机相比，其结构的简单程度和运行的可靠性大体相当，但由于没有励磁铁耗和铜耗，功率在300W以下时，其效率比同规格的交流电机高 10%～20%。
无刷直流电机一般采用方波驱动，采用霍尔传感器采样转子位置，以此为基准信号控制绕组强制换相。
这种方案控制方法简单，成本低，在目前电动车方案中应用广泛。
但由于方波驱动换相时会出现电流突变，导致转矩脉动较大，转动不平稳，噪声指标较差，难以在家电应用领域推广。
而正弦驱动可以避免换相时的电流突变，虽然最大转矩会降低，但在噪声指标上有明显的优势。
通常电机变频控制都采用DSP数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)实现，还需要提供传感器精确检测转子位置，可实现高精度控制，但DSP方案开发成本和应用成本都很高，家电应用对价格非常敏感，传统的DSP电机矢量控制方案比较难推广。
由于某些家电应用对动态响应等性能要求不高，如风扇，可以用稍微降低性能但大幅度降低成本的方案来代替DSP方案。
本文提出了8位单片机的正弦波驱动方案来满足这种需求。
硬件选型1 正弦波信号产生本方案控制核心为一颗集成PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术发生器的8位单片机――中颖SH79F168，其内部框图如图1所示。
此MCU采用优化的单机器周期8051内核，内置16KB闪存，兼容传统8051所有硬件资源，但最高指令执行速度提高12倍，采用JTAG在线仿真方式，内置16.6MHz振荡器，同时扩展了如下功能：双DPTR 指针；16位×8乘法器和16位/8除法器；3通道12位带死区控制PWM，6路输出，输出极性可单独设定，提供中心对齐和边沿对齐模式；集成故障检测功能，可瞬时关闭PWM输出；内置放大器和比较器，可用作电流放大采样和过流保护；提供硬件抗干扰措施，例如PC指针溢出复位等；提供Flash自编程功能，可以模拟用做EEPROM，方便存储参数。
无刷直流电机正弦波控制及其在电动自行车中的应用
７ ４・
《 测控技 术｝ ２ ０ １ ３ 年第 ３ ２卷第 ７ 期
无刷 直流电机正弦波控制 及其在 电动 自行车中的应 用
王会明 ， 丁 学 明
（ 上海理工大学 光 电信息 与计 算机工程学院 ， 上海 流 电机 一般 都 采 用方波控 制 ， 算 法 简单 、 易 于控 制 ， 但 缺 点是 转矩脉 动较 大、 噪 声 高。
Ｓ ｉ ｎ ｅ Ｗ ａ ｖ ｅ Ｂｒ ｕｓ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ ＤＣ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎｄ Ｉ ｔ ｓ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｉ ｎ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｂｉ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ
Ｗ ＡＮＧ Ｈｕ ｉ — ｍｉ ｎ ｇ ， ＤＩ ＮＧ Ｘｕ ｅ － ｍｉ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ — Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｌ ａ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
在分析常规三相 Ｓ Ｐ ＷＭ的基础上 ， 提 出采用一种开关损耗最小的两相 Ｓ Ｐ ＷＭ控制算法 ， 并设计 了基 于 微控制器 Ｉ ｘ Ｐ Ｄ ７ ９ Ｆ ９ ２ １ １的 电动 自行 车控 制 系统 。 以 Ｉ ｘ Ｐ Ｄ ７ ９ Ｆ ９ ２ １ １为运 动 控 制 芯 片 ， 借 助 三相 霍 尔信 号 来确 定无刷 直 流 电机 的 转子位 置 ， 通 过 转速 闭环控 制 、 电流 限流控 制 和 开 关损 耗 最 小的 两相 Ｓ Ｐ ＷＭ 控 制算 法 ， 实现 了一种 简单 而 高效 的 电动 自行 车 正 弦波控 制方 案 。 实践证 明 ， 相 比 目前 在 电动 自行 车控制 领域采用的方波控制方案， 该方案转矩脉动减少， 启动和运行噪声更低。实验结果表明上述控制 系统方 案可行 ， 具有 良好的性价 比。 目 前， 该 系统 已经实现并成功应用于电动 自 行车 系统中。 关键 词 ： 微控制器； 电动 自行 车 ； 无刷 直流 电机 ； 正 弦波脉 宽调 制 中图分类 号 ： Ｔ Ｍ３ ３ 文献标 识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０—８ ８ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７—０ ０ ７ ４— ０ ５
正弦波控制直流无刷电机控制器[实用新型专利]
![正弦波控制直流无刷电机控制器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/cc54da17910ef12d2bf9e7c5.png)
专利名称：正弦波控制直流无刷电机控制器专利类型：实用新型专利
发明人：姜桂宾
申请号：CN201520208587.5
申请日：20150408
公开号：CN204597832U
公开日：
20150826
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种正弦波控制直流无刷电机控制器，其包括盖体、基座、功率板和控制板，盖体向内凹陷形成一个腔体，盖体盖合在基座的上方,功率板包括基板和设置在基板上的功率管,基板的背面与基座邻接,控制板安装在功率板上,控制板设置有控制电路，其中，基板上设置有功率管安装位,功率管安装位贯穿基板地开设有多个通孔,通孔的直径小于功率管的宽度,功率管焊接在功率管安装位的一侧上,功率管邻接在基板的正面位于多个通孔的位置上。
通过将功率管的发热面邻接在功率管安装位上，利用基板导热和通孔导热可将功率管上的废热快速地传递到基座上，有利于提高电机控制器的导热性能，使得电机控制器的工作更为稳定。
申请人：珠海英搏尔电气有限公司
地址：519085 广东省珠海市香洲区唐家湾镇科技六路7号
国籍：CN
代理机构：珠海智专专利商标代理有限公司
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高效率BLDC无刷直流电机控制原理、控制设计计算方法及步骤(图文并茂详解)
高效率BLDC无刷直流电机控制原理、控制设计计算方法及步骤（图文并茂详解）一、空载时间插入与补充：1、大多数BLDC电机不需要互补的PWM、空载时间插入或空载时间补偿。
2、可能会要求这些特性的BLDC应用仅为高性能BLDC伺服电动机、正弦波激励式BLDC电机、无刷AC、或PC同步电机。
3、控制算法许多不同的控制算法都被用以提供对于BLDC电机的控制。
4、典型做法是，将功率晶体管用作线性稳压器来控制电机电压。
当驱动高功率电机时，这种方法并不实用。
5、高功率电机必须采用PWM控制，并要求一个微控制器来提供起动和控制功能。
二、BLDC无刷直流电机控制原理：1、无刷电机属于自换流型（自我方向转换），因此控制起来更加复杂。
2、BLDC电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制。
3、对于闭环速度控制，有两个附加要求，即对于转子速度或电机电流以及PWM信号进行测量，以控制电机速度以及功率。
4、BLDC电机可以根据应用要求采用边排列或中心排列PWM信号。
5、大多数应用仅要求速度变化操作，将采用6个独立的边排列PWM信号。
这就提供了最高的分辨率。
6、如果应用要求服务器定位、能耗制动或动力倒转，推荐使用补充的中心排列PWM信号。
7、为了感应转子位置，BLDC电机采用XXX效应传感器来提供绝对定位感应。
这就导致了更多线的使用和更高的成本。
无传感器BLDC控制省去了对于传感器的需要，而是采用电机的反电动势（电动势）来预测转子位置。
8、无传感器控制对于像风扇和水泵这样的低成本变速应用至关重要。
9、在采用BLDC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。
三、BLDC高效率无刷直流电机控制算法方法及步骤：1、提供的三项功能：⑴、用于控制电机速度的PWM电压;⑵、用于对电机进整流换向的机制;⑶、利用反电动势或传感器来预测转子位置的方法;2、脉冲宽度调制仅用于将可变电压应用到电机绕组。
有效电压与PWM占空比成正比。
3、当得到适当的整流换向时，BLDC的扭矩速度特性与以下直流电机相同。
基于XC866的直流无刷电机简易正弦波控制
基于XC866的直流无刷电机简易正弦波控制
荆晓博
【期刊名称】《世界电子元器件》
【年(卷),期】2010(000)009
【摘要】@@ 前言rn随着控制技术的发展以及社会对节能要求的提高,直流无刷电机作为一种新型、高效率的电机得到了广泛的应用.传统的直流无刷电机采用方波控制方式,控制简单,容易实现,同时存在转矩脉动、换相噪声等问题,在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性.针对这些应用,采用正弦波控制可以很好的解决这个问题.
【总页数】4页(P51-54)
【作者】荆晓博
【作者单位】英飞凌科技(中国)有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于xc866的无位置传感器无刷直流电机的控制系统设计 [J], 金卫良;郑卫红;邵根富
2.正弦波直流无刷电机数字控制系统研究 [J], 冯楠;方卫;郗珂庆;张琴琴
3.基于XC866的无刷直流电动机无位置传感器控制系统研究 [J], 陈安辉;房森林;崔巍;江建中
4.基于STM32的直流无刷电机正弦波控制系统 [J], 郑宏;张佳伟;徐文成
5.基于XC866的无位置传感器无刷直流电机控制研究 [J], 陈冰冰
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直流无刷电动自行车控制器正弦波解决方案
时间控制的电机控制 PWM 模块,非常适合于直流无刷电机/永磁同步电机控制。 此外，G80F960A 集成了看门狗定时器，上电复位和低电压复位等功能，提供了 2 种低功耗省电模式。
2、正弦波控制器主要功能概述: ■ 自动测相功能 ■ 限流控制 ■ 过流保护 ■ 堵转保护 ■ 欠压保护 ■ 防飞车功能 ■ 自动巡航 ■ 助力功能 ■ 电子刹车与反充电功能 ■ 倒车功能 ■ 防盗功能
直流无刷电机的正弦波控制器实物图
转把控制Vq Id_Ref=0 Id
Vq PID Vd
V Park逆变换 V Clarke逆变换
三相电桥
Park逆变换
Ia
Clarke变换
Ib Ic
计算角度 变化值 teta范围 验证
abc
两个角度差计 算反馈速度
六個固定角度 theta_hall
hall_a hall_b hall_c
正弦波控制解决方案为纯正弦五段式单电阻 FOC 控制，不是假正弦和伪矢量。PWM 载波为 16K。 本弦实现方式不是查表，而是真正的数学函数，控制更加精确。 G80F960A 有增强的内核乘除法，所以可以实现正弦矢量算法，同时提供乘除法等内部算法函数库。 本正弦方案的转把作为占空比的输入，反馈电流环作为补偿值，所以通用性较好。 系统结构 电动自行车控制器正弦波控制采用8位高性能51内核的G80F960A作为主控芯片，外加温度检测、数据存储、LCD显示 等功能模块组成。电动自行车控制器正弦波控制的系统结构如下图所示。
电机
方案优势 噪音更低，骑行更平稳、效率更高，续航时间更长、降低电机发热，提高电机寿命、对霍尔传感器安装位置要求不
bldc正弦波控制
bldc正弦波控制
BLDC (Brushless DC) 正弦波控制是一种用于驱动无刷直流电机的控制方法。
正弦波控制通过产生一个类似正弦波的电流来控制电机的转速和位置。
BLDC电机由三个相互差120度的线圈组成，这些线圈也被称为相。
每个相都需要正弦波形式的电流来驱动。
为了产生这些正弦波形的电流，需要使用一种称为电调器的电子设备。
BLDC正弦波控制的流程如下：
1. 传感器检测：使用位置传感器（通常是霍尔效应传感器）来检测转子的位置。
2. 位置检测：根据传感器的反馈信息确定转子的位置。
3. 电调器信号生成：根据转子的位置信息，控制电调器生成相应的正弦波形电流。
4. 电流控制：将正弦波形电流送入每个线圈以控制电机。
5. 转速和位置控制：通过改变正弦波形电流的振幅和频率，以控制电机的转速和位置。
BLDC正弦波控制的优点是可以提供平稳的转速和位置控制，减少功耗和噪声，并且增加电机的效率。
与传统的方波控制相比，BLDC正弦波控制可以减少谐波产生，提供更好的运动平滑性和精准性。
正弦波控制无刷直流电机
无刷直流风扇电机180°正弦波控制目前的变频风扇一般采用无刷直流电机，因其无励磁绕组、无换向器、无电刷、无滑环，结构比一般传统的交、直流电动机简单，运行可靠，维护简单。
与鼠笼型感应电动机相比,其结构的简单程度和运行的可靠性大体相当,但由于没有励磁铁耗和铜耗,功率在300W以下时，其效率比同规格的交流电机高10％～20%。
无刷直流电机一般采用方波驱动，采用霍尔传感器采样转子位置,以此为基准信号控制绕组强制换相.这种方案控制方法简单，成本低，在目前电动车方案中应用广泛.但由于方波驱动换相时会出现电流突变，导致转矩脉动较大，转动不平稳，噪声指标较差，难以在家电应用领域推广.而正弦驱动可以避免换相时的电流突变,虽然最大转矩会降低，但在噪声指标上有明显的优势.通常电机变频控制都采用DSP实现，还需要提供传感器精确检测转子位置,可实现高精度控制，但DSP方案开发成本和应用成本都很高，家电应用对价格非常敏感,传统的DSP电机矢量控制方案比较难推广.由于某些家电应用对动态响应等性能要求不高，如风扇，可以用稍微降低性能但大幅度降低成本的方案来代替DSP 方案。
本文提出了8位单片机的正弦波驱动方案来满足这种需求。
硬件选型1 正弦波信号产生本方案控制核心为一颗集成PWM发生器的8位单片机——中颖SH79F168,其内部框图如图1所示。
此MCU采用优化的单机器周期8051内核，内置16KB闪存，兼容传统8051所有硬件资源，但最高指令执行速度提高12倍，采用JTAG在线仿真方式,内置16.6MHz振荡器，同时扩展了如下功能：双DPTR指针；16位×8乘法器和16位/8除法器;3通道12位带死区控制PWM，6路输出，输出极性可单独设定，提供中心对齐和边沿对齐模式；集成故障检测功能，可瞬时关闭PWM输出;内置放大器和比较器，可用作电流放大采样和过流保护；提供硬件抗干扰措施，例如PC指针溢出复位等；提供Flash自编程功能，可以模拟用做EEPROM，方便存储参数.图1 MCU内部框图由于集成PWM发生器和电流放大/比较器，一颗SH79F168就可以完成所有控制功能,而且采用8051内核，上手容易。
直流无刷电机正弦波控制原理
加入谐波之后的磁链轨迹 ，明显看出电压利用率变 高，调制的范围变宽
Space Vector Trajectory 400 300 200 100
0 -100 -200 -300 -400
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
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补充：正弦波PWM的产生
简易正弦波电机控制
报告人：谢辰
无刷直流电机换向原理 电机的简易正弦波控制简介 控制原理 三相简易空间矢量PWM仿真 三次谐波注入 直流无刷简易正弦波控制实现
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无刷直流电机换向原理
1.电机结构
细的红黄绿三条线是霍 尔，以空间角度60度的 间隔嵌在定子上
定子
转子
粗的红黄绿三条线是三 相电源线，和定子上的 绕组相连
B
Ksin(t 120)
A
Ksin(t)
B net
Ksin(t 240 ) C
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简易正弦波控制简介
直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组 施加一定的电压,使电机绕组中产生正弦电流,通过控 制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目。
优点：与传统的方波控制相比,电机相电流为正弦,且 连续变化,无换相电流突变,因此电机运行噪声低
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三次谐波注入
除了可以注入三次谐波以外，还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他 波形，这些信号都不会影响线电压。这是因为，经过PWM调制后逆变电路 输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波，但在合成线 电压时，各相电压中的这些谐波将互相抵消，从而使线电压仍为正弦波。
加入谐波之后的相电流波 形仍然为正弦波
直流无刷培训资料
直流无刷培训资料在现代电气技术的领域中，直流无刷电机以其高效、可靠、调速性能好等诸多优点，成为了众多应用场景中的热门选择。
从工业自动化到家用电器，从电动汽车到航空航天，直流无刷电机的身影无处不在。
为了让大家更好地理解和掌握直流无刷电机的相关知识，本文将为您提供一份全面的直流无刷培训资料。
一、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机的工作原理与传统的有刷直流电机有一定的相似性，但又有着显著的区别。
传统的有刷直流电机通过电刷和换向器来实现电枢绕组中电流的换向，从而使电机持续旋转。
然而，电刷和换向器的存在不仅会产生摩擦和磨损，降低电机的效率和可靠性，还会限制电机的转速和使用寿命。
直流无刷电机则采用电子换向装置来代替电刷和换向器。
它通常由定子、转子和位置传感器组成。
定子上布置有绕组，而转子则由永磁体构成。
位置传感器用于检测转子的位置，并将信号反馈给电子换向装置，从而控制定子绕组中电流的通断和方向，实现电机的持续旋转。
二、直流无刷电机的结构特点1、定子定子铁芯：一般由硅钢片叠压而成，以减少涡流损耗。
定子绕组：常见的有集中绕组和分布绕组两种形式。
2、转子永磁体：提供磁场，常见的有钕铁硼、钐钴等高性能永磁材料。
磁钢安装方式：可以分为表贴式和内嵌式。
3、位置传感器霍尔传感器：是一种常见的位置传感器，具有成本低、响应速度快等优点。
光电编码器：精度较高，但成本也相对较高。
三、直流无刷电机的优点1、高效节能由于没有电刷和换向器的摩擦损耗，直流无刷电机的效率通常比有刷直流电机高。
2、调速性能好通过改变输入电压或控制信号的频率，可以实现电机转速的平滑调节。
3、可靠性高没有电刷和换向器的磨损，减少了故障点，提高了电机的可靠性和使用寿命。
4、低噪音、低振动运行平稳，产生的噪音和振动较小，适用于对环境要求较高的场合。
四、直流无刷电机的控制方式1、方波控制也称为六步换向控制，控制方式简单，但电机运行时转矩脉动较大。
2、正弦波控制能够实现更加平滑的转矩输出，减小转矩脉动，但控制算法相对复杂。
直流无刷电机简易正弦波控制
1．前言随着控制技术的发展以及社会对节能要求的提高，直流无刷电机作为一种新型、高效率的电机被得到了广泛的应用。
传统的直流无刷电机采用方波控制方式，控制简单，容易实现，同时存在转矩脉动、换相噪声等问题，在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性。
针对这些应用，采用正弦波控制可以很好的解决这个问题。
2．直流无刷电机的正弦波控制简介直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压，使电机绕组中产生正弦电流，通过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。
与传统的方波控制相比，电机相电流为正弦，且连续变化，无换相电流突变，因此电机运行噪声低。
根据控制的复杂程度，直流无刷电机的正弦波控制可分为：简易正弦波控制与复杂正弦波控制。
（1）简易正弦波控制：对电机绕组施加一定的电压，使电机相电压为正弦波，由于电机绕组为感性负载，因此电机相电流也为正弦波。
通过控制电机相电压的幅值以及相位来控制电流的相位以及幅值，为电压环控制，实现较为简单。
（2）复杂正弦波控制：与简易正弦波控制不同，复杂的正弦控制目标为电机相电流，建立电流环，通过直接控制相电流的相位与幅值达到控制电机的目的。
由于电机相电流为正弦信号，因此需要进行电流的解耦操作，较为复杂，常见的为磁场定向控制（FOC）及直接转矩控制（DTC）等。
本文将主要介绍简易正弦波控制的原理及其实现。
3．简易正弦波控制原理简易正弦波控制即通过控制电机正弦相电压的幅值以及相位达到控制电机电流的目的。
通常通过在电机端线施加一定形式的电压来使绕组两端产生正弦相电压。
常见的生成方式为：正弦PWM以及空间矢量PWM。
由于正弦PWM原理简单且便于实现，因此简易正弦波控制中通常采用其作为PWM生成方式。
图1为BLDC控制结构图，其中Ux、Uy、Uz为桥臂电压，Ua、Ub、Uc为电机绕组的相电压，以下对于不同种类的PWM调制方式的介绍将基于此结构图进行。
图1 直流无刷电机控制框图（1）三相正弦调制PWM三相SPWM为最常见的正弦PWM生成方式，即对电机三个端线施加相位相差120度的正弦电压信号，由于中性点为0，因此电机相电压也为正弦，且相位与施加的正弦电压相同。
低成本的正弦驱动直流无刷电机控制系统设计
关键词 ：直流无刷 电机 ；正 弦驱 动 ；磁场 定向控制 ；数字信号控制器 中图分类 号 ：Ｔ ６＋１ Ｍ３ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —８ ８ ２ １ ）８０ ７ —４ ０ １６ ４ （０ ０ ０ —０ １０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｗ ｓ ｕｓ ｅ ｓ ＤＣ ｏ ｏ ｎ ｒ ｌＳ ｓ ｅ ｓ ｄ ｓｇ ｆＬｏ Ｃｏ ｔＢｒ ｈｌｓ Ｍ ｔ ｒ Ｃｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｏ ｉ — ｖ ｉｉ ｅｈ ｄ ｎ Ｓ ｎｅ ｗａ ｅ Ｄｒｖ ｎｇ Ｍ ｔ ｏ
ｐ ａ ｅ ｂ ｕ ｈ ｅ ｓＤＣ ｍｏ ｏ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｇｔ ｌｓｇ ａ ｏ ｔｏｌ ｒｄｓ Ｃ３０Ｆ ０１ ｈ ｓ ｒ ｓ ｌ ｓ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｉ ｉｎ ｌｃ ｎ ｒ ｌｅ ＰＩ ａ ３ ０Ａ ｓｄ ｓ ｕｓｅ ｗａ ｉｃ ｓ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｈａ ｄ ｒ ｎ ｏｔ ｒ ｅ ｉ ｎ ｗｅｅ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｉ ｅａｌ Ｔｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｒ ． ｎ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｄ ｓ ｆｗａｅ ｄ ｓｇ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ． ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈｅ ｐ ｏ ｉ ｐｏ ｅ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｓ ａ ａｌｂ ｅ， ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｎｄ ｈａ ｈ ｅ ｔｒｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｏ ｒ ｃ ｓ． ｓ ｄ ｃ ｎｒ ｌｓ ｓｅ ｉ ｖ ｉａ ｌ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｂ ｔｅ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｌｗｅ ｏ ｔ
件 的低成本正 弦驱动直 流无刷 电机 控制方法 。该方法使 用线性霍 尔传感器代 替光 电编 码器 和开关 霍尔 传感器 ，从 线性 霍尔传感器 输出信号 中得到转 子位置 和速 度信 息 ；在 此基 础上 ，讨 论 了基 于数 字信 号控 制器 ｄＰＣ ０ ３ １ Ａ ｓ Ｉ３ Ｆ ０ ０ 的三相直流无刷 电机控 制系统设计 ，给 出 该 系统 的硬 件电路结 构和软件设 计方 法 。实 现结 果表 明 了所 设计 控制
直流无刷电机的正弦波控制
直流无刷电机的正弦波控制直流无刷电机（BLDC）是一种高效、可靠且广泛应用于各种领域的电机。
正弦波控制是一种常用的控制方法，可以提供更平滑、高效的电机运行。
正弦波控制的基本原理是通过调整电机的相电流，使其与正弦波形相匹配。
这种控制方法可以减少电机的振动和噪音，并提高其效率和性能。
在正弦波控制中，首先需要获取电机的位置信息。
这可以通过使用位置传感器（如霍尔传感器）或无传感器（传感器）的方法来实现。
位置信息可以用于确定电机的转子位置，从而确定相电流的相位。
一旦获取了位置信息，就可以根据所需的转速和负载要求来计算相电流的大小和相位。
这可以通过使用控制算法（如PID控制）来实现。
控制算法将根据电机的实际位置和所需位置之间的差异来调整相电流的大小和相位，以实现精确的控制。
正弦波控制还可以通过使用逆变器来实现。
逆变器将直流电源转换为交流电源，并提供所需的正弦波形。
逆变器的输出将通过功率放大器传递给电机的相线圈，从而控制电机的运行。
正弦波控制具有许多优点。
首先，它可以提供更平滑的电机运行，减少振动和噪音。
其次，它可以提高电机的效率和性能，使其在不同负载条件下都能保持稳定的运行。
此外，正弦波控制还可以提供更高的转矩和更广泛的速度范围。
然而，正弦波控制也存在一些挑战。
首先，它需要准确的位置信息和复杂的控制算法，以实现精确的控制。
其次，逆变器和功率放大器的设计和实现也需要一定的技术知识和经验。
此外，正弦波控制的成本通常较高，因为它需要更复杂的硬件和软件。
正弦波控制是一种高效、可靠的直流无刷电机控制方法。
它可以提供更平滑、高效的电机运行，并具有更好的性能和稳定性。
然而，它也需要准确的位置信息和复杂的控制算法，以及相应的硬件和软件支持。
随着技术的不断发展，正弦波控制在各个领域的应用将会越来越广泛。
无刷直流电机正弦波驱动控制系统设计
无刷直流电机正弦波驱动控制系统设计作者：肖一鸣高军礼张梓睿唐亚来源：《中国科技博览》2018年第16期[摘要]针对无刷直流电机，采用矢量控制技术实现了正弦波驱动。
通过霍尔位置传感器进行转子位置估算。
利用以STM32F103CB微控制器为核心的无刷直流电机控制系统实验平台进行验证。
实验结果表明，采用矢量控制可有效降低无刷直流电机运行噪声和转矩脉动，适用于风机、家电等需要静音稳速运行的应用场合。
[关键词]无刷直流电机；矢量控制；霍尔位置传感器；转子位置估算中图分类号：S509 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）16-0210-011 引言无刷直流电机具有结构简单、效率高、调速范围宽等优点，现已广泛应用在风机、泵类电机驱动系统中。
在无刷直流电机控制[1-5]中，通常采用安装位置传感器的方法获取转子位置信息，通常选择霍尔传感器，结构简单、成本低、维护简单，但位置检测精度低。
在低成本、中小功率无刷直流电机设计中，常常采用短距分数槽绕组，其反电动势波形比较接近正弦波，本文所讨论的正是基于反电动势为准正弦波的无刷直流电机。
近年来，许多科研人员开始研究采用正弦波驱动无刷直流电机的方法，其中常用的正弦波驱动方法[7-10]为简易正弦波（SP-WM）方法和磁场定向控制（简称矢量控制，FOC）方法。
由于电机绕组为感性负载，电机相电流因滞后反电动势无法获得最大转矩，因此，需要设置超前角调整电压相位，使生成的相电压超前于反电动势。
矢量控制把定子电流解耦分为产生磁场和产生转矩分量两部分，建立电流环，直接控制相电流的相位和幅值，本质为电流环控制，算法实现复杂，控制精度更高。
矢量控制在整个控制过程中，都比较容易实现高效率和大转矩的输出。
近年来，随着高性能、低成本微控制器的出现，复杂控制算法变得容易实现。
因此，本文采用矢量控制方法实现无刷直流电机正弦波控制。
2 系统方案本方案运用霍尔位置传感器获取转子位置信息，从而实现无刷直流电机的矢量控制，矢量控制系统主要由以下几个模块组成：速度环、电流环、矢量控制算法模块和转子位置估算模块。
直流无刷电机简易正弦波控制
类控制方式为线电压控制。
见图2：图3 开关损耗最小正弦PWM端线电压其中Ux、Uy、Uz为电机端线电压，Ua、Ub、Uc为电机相电压，可见相电压相位差为120度。
Ux、Uy、Uz与Ua、Ub、Uc的关系如下：合并后，Ux，Uy，Uz如下：可见采用开关损耗最小正弦PWM时，Ux，Uy，Uz相位差120度，且为分段函数形式，并非正弦电压，而电机相电压Ua、Ub、Uc仍然为正弦电压。
且在120度区内端线电压为0，即对应的开关管常开或常关。
因此与三相正弦PWM相比，开关损耗减少1/3。
通过控制Ux，Uy，Uz的相位以及幅值即可以控制Ux，Uy，Uz，实现控制电流的目的。
4．直流无刷电机简易正弦波控制的实现4.1 系统结构图4 系统框图系统结构如图4所示。
工作原理如下：霍尔输入信号经过自动滤波及采样处理，得到可为分段函数，与为正的实现：因此即图5 BLDC霍尔传感器输出与反电势之间的关系采用开关损耗最小正弦PWM控制BLDC时时，电机端线电压与霍尔传感器输出之间的关系示意图如图6。
图6 采用开关损耗最小正弦PWM时，端线电压与霍尔状态的关系由图2可知，采用开关损耗最小正弦PWM时电机端线电压超前于相电压30°，因此可得采用正弦波控制时电机相电压与反电势同步。
由于相电压超前于相电流，因此相电流滞后于反电势。
4.4 转速计算转速计算依赖于霍尔传感器，理想状态下相邻两个霍尔状态的间隔为60°，实际应用中由于存在安装误差，实际间隔并非60°，会引入计算误差。
本文档中采用一个霍尔传感器的输出作为转速计算参考，如图7所示。
其中高低电平分别为180度，不会引入安装误差。
利用此信息即可计算电机转速。
图7 转速计算计算公式如下：。
其中：f为电频率，P为电机极对数4.5 角度估算与方波控制不同，正弦波控制中角度为连续变化，而BLDC中常见的3个霍尔传感器仅仅能提供6个角度信息，即0°，60°，120°，180°，240°，300°，其他角度信息无法直接获得。
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类控制方式为线电压控制。
见图2：
图3 开关损耗最小正弦PWM端线电压
其中Ux、Uy、Uz为电机端线电压，Ua、Ub、Uc为电机相电压，可见相电压相位差为120度。
Ux、Uy、Uz与Ua、Ub、Uc的关系如下：
合并后，Ux，Uy，Uz如下：
可见采用开关损耗最小正弦PWM时，Ux，Uy，Uz相位差120度，且为分段函数形式，并非正弦电压，而电机相电压Ua、Ub、Uc仍然为正弦电压。
且在120度区内端线电压为0，即对应的开关管常开或常关。
因此与三相正弦PWM相比，开关损耗减少1/3。
通过控制Ux，Uy，Uz的相位以及幅值即可以控制Ux，Uy，Uz，实现控制电流的目的。
4．直流无刷电机简易正弦波控制的实现
4.1 系统结构
图4 系统框图
系统结构如图4所示。
工作原理如下：霍尔输入信号经过自动滤波及采样处理，得到可
为分段函数，与为正
的实现：
因此
即
图5 BLDC霍尔传感器输出与反电势之间的关系采用开关损耗最小正弦PWM控制BLDC时时，电机端线电压与霍尔传感器输出之间的关系示意图如图6。
图6 采用开关损耗最小正弦PWM时，端线电压与霍尔状态的关系由图2可知，采用开关损耗最小正弦PWM时电机端线电压超前于相电压30°，因此可得采用正弦波控制时电机相电压与反电势同步。
由于相电压超前于相电流，因此相电流滞后于反电势。
4.4 转速计算
转速计算依赖于霍尔传感器，理想状态下相邻两个霍尔状态的间隔为60°，实际应用中由于存在安装误差，实际间隔并非60°，会引入计算误差。
本文档中采用一个霍尔传感器的输出作为转速计算参考，如图7所示。
其中高低电平分别为180度，不会引入安装误差。
利用此信息即可计算电机转速。
图7 转速计算
计算公式如下：。
其中：f为电频率，P为电机极对数4.5 角度估算
与方波控制不同，正弦波控制中角度为连续变化，而BLDC中常见的3个霍尔传感器仅仅能提供6个角度信息，即0°，60°，120°，180°，240°，300°，其他角度信息无法直接获得。
通常采用平均速度法，假设在一定时间内电机速度平稳，利用前次霍尔换相时的角度与速度信息插值得到其他角度信息，如图8所示。
图8 角度估算
，由此可见电机的转速波动将直接影响角度计算的误差，在方案中利用相邻3次180°换相时间的平均值来计算转速信息，如
图9。
图9 多次平均法计算转速
即，以此减少转速波动引起的角度误差。
4.6 转速PI
转速控制采用PI调解器，输入为转速给定及转速反馈，输出为开关损耗最小正弦PWM 的幅值Modulation。
公式如下：
其中：为比例增益，为积分增益，y为PI调解器输出。
具体实现时，积分环节添加抗积分饱和功能，限制积分器输出的最大、最小值，同时对整个PI调解器的输出值增加饱和限制，实现框图如下。
图10 PI调解器框图
4.7 启动
直流无刷电机启动之前，转子处于静止状态，仅仅能利用霍尔传感器得到电机的绝对位置信息，由于不存在换相，无法得到电机转速信息，因此无法利用平均速度法计算正弦控制所需的角度信息。
所以在电机启动阶段，无法直接切入正弦控制方式，在此采用方波控制方
式启动。
当电机启动后并获得可靠的换向信息后，即可切入正弦波控制。
为了防止出现较大的转速波动，需要注意切换前后电流的相位及幅值均平稳过渡。
理想切换前后的电流波形图11如下。
图11 方波控制向正弦波控制的理
想切换
4.8 超前角调整
由前面章节可知，霍尔传感器的输出反映转子的反电势信息，依据霍尔状态生成的正弦波相电压电压与转子反电势同相位。
而由于电机为感性负载，因此电机相电流滞后于相电压。
即电机相电流滞后于反电势。
而霍尔最大转矩输出时，电机相电流与反电势同步，因此需要调整电压相位，使生成的相电压超前于反电势，即超前角Δ。
适当调整Δ，可使相电流与反电势同相位，提高输出转矩，提高系统效率。
超前角的调整可通过实验形式手动调整，或者采用一定的算法自动调整。
5 实验结果
本文提出的控制方法具体实现时采用Infineon的高性能8位单片机XC866。
XC866内部集成专用电机控制单元CCU6E（提供专用BLDC控制模式）以及高性能ADC模块，是控制直流无刷电机的理想选择。
电机为一台额定功率35W的直流无刷风机，极对数：4。
启动时采用方波控制，当速度平稳后切入正弦波控制。
图12为运行于开关损耗最小正弦PWM控制下的电机相电流。
图13为方波控制切换至正弦波控制时刻的相电流波形。
图12 采用开关损耗最小正弦波控制的BLDC相电流
图13 方波控制切换至正弦波控制
6 小结
本文介绍了一种基于开关损耗最小正弦PWM的直流无刷电机正弦波控制方案，并基于Infineon高性能8位单片机XC866进行了系统实现及验证。
与传统的方波控制相比，由于
采用正弦波驱动技术，电机运行噪声低，且开关损耗较SPWM减少1/3，可以很好的满足直流无刷风机应用中对噪声以及效率的要求，因此此类控制方案将有很大的应用前景。