浅谈无刷直流电机控制的两种模式

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无刷直流电机调速系统的控制原理

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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。

直流无刷电动机工作原理与控制方法

直流无刷电动机工作原理与控制方法序言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。

一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，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。

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、位置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。

位置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，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，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置的变化而按一定的次序换相。

无刷直流电机在国内外的发展与现状

第一章绪论1.1 引言按照电刷的角度，直流电动机可以分为有刷直流电机和无刷直流电机。

直流电动机有调速性能优越、起动性能好、运行效率高等优点，因此被较多的应用于工业生产与人们的日常生活中。

但是传统的直流电动机都采用电刷，通过机械方法进行换向，因此存在较大的机械摩擦，从而带来了噪声污染、火花较多、无线电干扰以及使用寿命较短等弱点，再加上直流电动机制造成本高及后期保养维修比较困难等缺点，因而大大减小了它的使用范围i。

电动机的类型主要分为交流电动机与直流电动机两种。

但传统的直流电动机由于电刷以机械方法进行换相，引入了许多固有的电机运行时的弱点，由此极大的限制了其应用范围。

针对直流电机的一些固有的缺陷目前在工农业的生产过程中，许多场合都采用交流电动机取代了以前的直流电机。

交流同步电机具有良好的运行性能，但其启动性能差；交流感应电机具有结构简单、运行可靠的特点，但其调速性能差ii。

人们在寻求一种更加实用的电机。

随着电力电子的发展与永磁材料的逐步应用，无刷直流电机应运而生。

无刷直流电机主要是改变了传统有刷直流电机的电刷控制结构，采用了电力电子元件进行换相，减少了由于电刷引起的不良效果。

同时也实现了电机的调速。

无刷直流电机和其它电机相比具有高可靠性、高效率、优良的调速性能等诸多优越性iii。

表1-1 从9 个方面的特性对交流异步电机、有刷直流电机和无刷直流电机作了比较。

无刷直流电机的优越性促使它拥有有更大的应用领域，伴随着科技的发展和人们对电机性能要求的逐渐提高，对无刷直流电机的研究已经成为了国内外重点的研究课题。

1.2 无刷直流电机在国内外的发展与现状关于无刷直流电机的发展历史，我们可以追溯到1917 年，Boliger 提出了放弃有刷直流电动机的机械电刷而用整流管代替的理念，进而永磁无刷直流电机的基本思想随之诞生。

到二十世纪30 年代，开始研制用电子换向替代电刷机械换向的直流无刷电动机，并且取得了一定成果。

直流无刷电机的正弦波控制

直流无刷电机的正弦波控制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。

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。

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。

无刷直流电机的原理和控制介绍

无刷直流电机的原理和控制介绍contents •无刷直流电机概述•无刷直流电机的工作原理•无刷直流电机的驱动与控制•无刷直流电机的性能与优化•无刷直流电机的应用案例与发展趋势•总结与展望目录CHAPTER无刷直流电机概述01020304高效率长寿命低噪音高性能电动汽车航空航天家用电器工业机器人无刷直流电机的应用领域CHAPTER无刷直流电机的工作原理转子霍尔传感器或编码器定子电机的基本构造电机的工作原理详解电机以恒定转速运行，通过闭环控制系统保持转速稳定。

恒速模式调速模式正反转控制制动状态根据负载变化或其他控制需求，通过改变定子绕组电流的频率和幅值，实现电机转速的调节。

通过改变定子绕组电流的相序，实现电机的正转和反转。

当电机需要停止时，可以通过短路定子绕组或反向通电等方式实现快速制动。

电机的工作模式与运行状态CHAPTER无刷直流电机的驱动与控制电机驱动电路的基本构成功率电子器件01控制芯片02电源和保护电路03六步换相法通过脉宽调制（PWM）技术，可以调整绕组的通电时间，从而实现电机转速的连续调节。

PWM控制传感器反馈控制电机控制策略与算法先进的电机控制技术场向量控制（FOC）直接转矩控制（DTC）智能控制技术CHAPTER无刷直流电机的性能与优化电机性能参数介绍转矩转速效率功率密度电机的性能优化方法磁场设计优化散热设计优化智能控制算法利用智能控制算法，如神经网络、遗传算法等，可以学习和优化控制规则，实现更加智能化的电机控制，提升性能和适应性。

现代控制理论应用应用现代控制理论，如自适应控制、鲁棒控制等，可以实时调整控制参数，提高电机的抗干扰能力和适应性。

预测控制技术通过引入预测控制技术，如模型预测控制（MPC），可以实时预测电机的未来行为，并优化控制决策，提高电机的动态响应和稳定性。

电机控制算法的优化与改进CHAPTER无刷直流电机的应用案例与发展趋势典型应用案例分析电动汽车航空航天工业自动化1 2 3高性能化智能化绿色化无刷直流电机的发展趋势技术挑战无刷直流电机的技术门槛较高，如何降低成本、提高生产效率，同时保持高性能是未来的技术挑战。

无刷电机控制方法

无刷电机控制方法：提升高效稳定性能
无刷电机（BLDC）良好的功率密度、高效率和低噪音使其成为电
动汽车、无人机、家用电器和工业机械等领域中的热门选项。

然而，
为了实现更高的性能和较好的控制，需要一些切实可行的方法。

以下
是一些无刷电机控制方法，可用于提升其高效稳定性能。

1. 传统电机控制方法：无刷电机使用的传统控制方法包括定速控
制和传统三角波控制。

定速控制利用恒定的电压或电流来控制电机，
但缺乏调速和调力矩的灵活性。

传统三角波控制以三角波信号控制电
机轴的电压和电流，但会产生较大的电磁噪声，对无人机和家电等对
噪音敏感的应用不适合。

2. 矢量控制：无刷电机的矢量控制可实现轴向控制，提高了动态
性能和响应性。

矢量控制通过控制转子磁通和定子电流来达到控制目的，并使用高精度的传感器反馈进行补偿。

由于矢量控制需要实时反馈，因此准确的传感器信息至关重要。

3. 感应电机控制（FOC）：FOC是矢量控制的一种变体，通过无感知向量控制方法实现高效率、高精度控制，并有效地消除了低速抖动。

FOC需要实时反馈的磁通信息和良好的参数识别，是一种容错能力较差的控制方法。

4. 非线性控制：非线性控制方法，如滑模控制和逆向学习控制，
可以消除控制系统中不确定性和干扰，提高系统的适应能力和抗干扰
性。

但由于非线性控制方法需要进行很多复杂的数学推导，实际应用
较为困难。

总的来说，无刷电机的控制方法因应用场景、性能要求和技术水
平的不同而异。

在选择控制方法时需要根据具体情况进行权衡和评估，综合考虑系统的可靠性、易用性和成本等因素。

无刷直流电机运行原理与基本控制方法

主要内容
几个术语解释（极对数、相数、电角度、电角频率、相电压、线电压、反电动势）无刷直流电机的运行原理（运行原理、数学模型）无刷直流电机的基本控制方法（各参数相互关系、换流过程与换流模式）车用无刷直流电机及其控制系统（基本控制、弱磁控制）
极对数（）：电机转子中N-S极的对数，2，3，4，…… 相数（）：电机绕组个数，3，6，12，…… 电角度（）/机械角度（）：电角频率（）/机械角频率（）：电角频率与电机转速（）：极（2p）槽（Z）配合：Z/2p 相电压：电机相绕组对电机中性点电压线电压：电机两相绕组之间电压反电动势：电机到拖时某一转速下对应电机线电压峰值
20％
on-pwm
30％
30％
H_pwm-L_on
18.5％
37.5％
H_on-L_pwm
33.8％
15.4％
H_pwm-L_pwm
42.4%
42.4%
无刷直流电机的换流模式
添加标题
采用pwm-on方式时，下桥换相和上桥换相的换相转矩脉动相等，且最小；非换向相电流脉动也是最小的；
添加标题
采用on-pwm方式时，下桥和上桥换相转矩脉动相等且比pwm-on方式大，非换向相电流脉动也比pwm-on方式时大。
T1关断、T2导通
T1、T2同时导通
单侧调制上桥臂换向过程分析
T3关断、T2导通
T2、T3同时导通
双侧调制下桥臂换向过程分析
T1、T2同时关断
T1、T2同时导通
双侧调制上桥臂换向过程分析
T2、T3同时关断
T2、T3同时导通
不同调制方式的转矩脉动对比分析
功率管开通，转矩脉动相同；功率管关断，单侧调制转矩脉动大于双侧调制转矩脉动；单侧调制存在相见续流现象，换相时间长；双侧调制引入直流母线电压到续流回路，产生反电压，换相时间短；单侧调制较双侧调制损耗小。

无刷直流电机（BLDC）双闭环调速解析

无刷直流电机（BLDC）双闭环调速解析无刷直流电机(BLDC)双闭环调速系统在无刷直流电机双闭环调速系统中，双闭环分别是指速度闭环和电流闭环。

对于PWM 的无刷直流电机控制来说，无论是转速的变化还是由于负载的弯化引起的电枢电流的变化，可控量输出最终只有一个，那就是都必须通过改变PWM的占空比才能实现，因此其速度环和电流环必然为一个串级的系统，其中将速度环做为外环，电流环做为内环。

调节过程如下所述：由给定速度减去反馈速度得到一个转速误差，此转速误差经过PID调节器，输出一个值给电流环做给定电流，再由给定电流减去反馈电流得到一个电流误差，此电流误差经过PID 调节器，输出一个值就是占空比。

在速度环和电流环的调节过程中，PID的输出是可以作为任意量纲(即无量纲，用标幺值来表示；标幺值：英文为per unit，简写为pu，是各物理量及参数的相对单位值,是不带量纲的数值)来输入给下一环节或者执行器的，因此无需去管PID输出的量纲，只要是这个输出值反映了给定值和反馈值的差值变化，能够使这个差值无限趋近于零即可，相当于将输出值模糊化，不用去搞的太清楚，如果你要是一直在这里纠结输出值具体是个什么东西时，那么你就会瞎在这里出不来了。

假如你要控制一个参数，并且这个参数的大小和你给定量和反馈量有着直接的关系(线性关系或者一阶导数关系或者惯性关系等)，那么就可以不做量纲变换。

比如速度环的PID之后的输出就可以直接定义为转矩，因为速度过慢就要提高转矩，速度过快就要减小转矩，PID输出量的意义是调整了这个输出量，就可以直接改变你要最终控制的参数，并且这个输出量你是可以直接来控制的，这种情况下PID输出的含义是你可以自己定的，比如直流电机，速度环输出你可以直接定义为转矩，也可以定义为电流，然后适当的调节PID的各个参数，最终可以落到一个你能直接控制的量上，在这里最终的控制量就是占空比的值，当占空比从0%—100%时对应要写入到寄存器里面的值为0—3750时，那么0—3750就是最终的控制量的范围。

直流无刷电机控制原理

二直流无刷电机工作原理及换向初始化直流无刷电机在结构上与三相永磁同步电动机相同，但控制原理却与直流有刷电动机相同。

直流有刷电机通过有刷换向使每个磁极下电枢导体的电流方向保持不变，从而产生能使电机连续旋转的转矩；直流无刷电机是通过电子换向使转子每个磁极下定子绕组导体电流的方向保持不变而产生能使电机连续旋转的转矩。

由于采用电子无刷换向代替直流有刷电机的有刷换向，所以交流永磁同步伺服电机又称直流无刷伺服电机。

直流有刷电动机必须正确调整换向电刷的机械位置才能使电机工作正常。

同样，直流无刷电机加电时必须建立正确的初始换向角，才能使直流无刷电机正常工作。

确定初始换向角的过程称为无刷换向的初始化过程。

为了了解换向初始化过程，必须先了解直流无刷电机的控制原理。

1. 直流无刷电机的控制原理1.1 直流有刷电机的工作原理直流有刷电机由定子（产生主磁场）、转子（电枢）和换向装置（换向片和电刷）组成。

直流有刷电机通过有刷换向使主磁极下的电枢导体的电流方向保持不变，从而使产生转矩的方向不变，使电动机的转子能连续旋转。

为了使直流有刷电动机在电枢绕组流过电流时能产生最大转矩，必须正确调整有刷换向装置中电刷的位置。

下面进行较为详细的讨论。

（1）有刷换向装置的作用有刷换向装置由电刷和换向片组成。

直流有刷电机的电枢绕组为环形绕组，主磁极下的每个电枢导体连接到换向片上。

换向片为彼此绝缘，均匀分布在换向器圆周上的金属片组成。

电刷与换向片滑动接触。

电枢电流通过电刷和连接电枢导体的换向片引入电枢绕组。

电枢旋转时，电刷和换向片就象一个活动接头一样始终与主磁极下的导体连接，使主磁极下电枢导体的电流方向不变，产生使电枢连续旋转的转矩。

（2）产生最大转矩的条件产生最大转矩的条件是：一个磁极下的所有电枢导体的电流方向一致。

或者说，电枢导体产生的合成磁场与主磁场垂直。

（3）直流有刷电机的运行直流有刷电机的运行可用四个基本方程式来描述：①转矩平衡方程式：电流I M流过电枢绕组，载流导体在磁场中受力（受力方向用左手法则判断），产生能使电枢连续旋转的转矩T M。

直流无刷电机控制器原理

直流无刷电机控制器原理直流无刷电机（BLDC）控制器是一种用于控制无刷电机转速和方向的设备，它通过精确的电子控制来实现对电机的精准驱动。

在本文中，我们将详细介绍直流无刷电机控制器的原理，包括其工作原理、结构组成、控制方法等内容。

1. 直流无刷电机控制器的工作原理。

直流无刷电机控制器的工作原理主要是通过对电机的三相驱动信号进行精确的控制，从而实现对电机的转速和方向的控制。

在控制器内部，通常包含了驱动电路、传感器信号处理电路和控制逻辑电路。

其中，驱动电路用于产生电机的三相驱动信号，传感器信号处理电路用于处理电机位置和速度的反馈信号，控制逻辑电路用于实现对电机的闭环控制。

2. 直流无刷电机控制器的结构组成。

直流无刷电机控制器通常由主控芯片、功率放大器、传感器、电源模块等部分组成。

主控芯片是控制器的核心部分，它负责处理传感器反馈信号并生成电机驱动信号，功率放大器用于放大主控芯片输出的驱动信号，传感器用于检测电机的位置和速度，电源模块用于为整个控制器提供稳定的电源供应。

3. 直流无刷电机控制器的控制方法。

直流无刷电机控制器通常采用开环控制和闭环控制两种方法。

开环控制是指根据预先设定的电机驱动信号直接驱动电机，这种控制方法简单、成本低，但精度较低。

闭环控制是指通过传感器反馈信号对电机进行实时监测和调节，以实现对电机的精准控制，这种控制方法精度高，但成本较高。

4. 直流无刷电机控制器的应用领域。

直流无刷电机控制器广泛应用于工业自动化、电动汽车、无人机、家用电器等领域。

在工业自动化中，直流无刷电机控制器可以实现对生产线上各种设备的精准控制；在电动汽车中，直流无刷电机控制器可以实现对电动汽车驱动系统的精准控制；在无人机中，直流无刷电机控制器可以实现对无人机飞行稳定性的控制；在家用电器中，直流无刷电机控制器可以实现对家用电器的精准驱动。

5. 结语。

通过本文的介绍，相信读者对直流无刷电机控制器的原理有了更深入的了解。

永磁无刷直流电机的控制方法

永磁无刷直流电机的控制方法嘿，咱今儿就来聊聊永磁无刷直流电机的控制方法。

这玩意儿啊，就好像是一辆汽车，你得知道怎么去驾驭它，才能让它跑得又快又稳。

永磁无刷直流电机，听起来是不是很高大上？其实啊，它就在我们身边好多地方默默工作着呢！比如说那些电动工具啦，还有一些智能设备啥的。

那怎么控制它呢？这就好比你要驯服一匹烈马。

首先呢，你得了解它的脾气性格，知道它啥时候该发力，啥时候该歇歇。

有一种方法叫电压控制法，这就像是给电机喂饭，给它合适的电压，它就能有力气干活啦。

但给多了不行，给少了也不行，得恰到好处，就跟咱吃饭一样，吃多了撑得慌，吃少了饿得慌。

还有电流控制法呢，这就像是给电机的血液流量做调节。

电流大了，电机可能就累坏了；电流小了，它又使不上劲。

哎呀，你说这控制电机是不是跟咱过日子似的，得讲究个平衡？不能太急，也不能太缓。

咱再说说速度控制法，这就好比给电机装上了速度表，你想让它跑多快，就给它调多快。

就像你开汽车，想快点就踩油门，想慢点就松松脚。

那这些控制方法难不难呢？说难也不难，说简单也不简单。

这得看你有没有那份耐心和细心啦。

你要是马马虎虎的，那电机可不听你的话哟。

就像学骑自行车，一开始你可能会摔倒，会觉得很难，但只要你坚持，慢慢就会找到感觉，就能骑得稳稳当当啦。

控制永磁无刷直流电机也是这样啊，刚开始可能会觉得有点头疼，但只要你多研究研究，多试试，肯定能掌握其中的窍门。

你想想看，要是你能把这电机控制得乖乖的，让它干啥就干啥，那多有成就感啊！就像你驯服了一头凶猛的野兽，让它变成你的得力助手。

所以啊，别小瞧了这永磁无刷直流电机的控制方法，这里面的学问可大着呢！咱可得好好琢磨琢磨，让这小家伙为我们好好服务。

你说是不是这个理儿？。

无刷直流电动机的控制方法

无刷直流电动机的控制方法无刷直流电动机的控制方法主要有以下三种：
1、方波控制。

通过霍尔传感器或者无感估算算法获得电机转子的位置，然后根据转子的位置在360°的电气周期内进行6次换向。

方波控制的位置精度是电气60°，适用于对电机转动性能要求不高的场合。

2、正弦波控制。

使用SVPWM波，输出的是3相正弦波电压，电机相电流为正弦波电流。

正弦波控制相比方波控制，其转矩波动较小，电流谐波少。

3、FOC控制。

FOC控制可以认为是正弦波控制的升级版本，实现了电流矢量的控制，也即实现了电机定子磁场的矢量控制。

无刷直流电动机双模式控制

中图分类号：Ｍ３Ｔ３文献标识码：Ａ文章编号：０４７１（０２０ — ０６０１０ — ０８２１）９０４ — ３
ＤｕａｏｎｔｏｏｒＢｒｈｌｓＣｏｏｌＭｄｅＣｏｒｌｆｕｓｅｓＤＭｔｒ
２．浙江屹立电梯有限公司，浙江湖州３３０；．１０９３浙江大学，浙江杭州３０２）１０７摘要：在分析电机运行原理和应用要求的基础上，引用基于新型逆变器的无刷直流电动机双模式控制方法，
设计出无刷直流电动机双模式控制器，基速以下采用双闭环控制方法，基速以上采用弱磁扩速控制方法。仿真和实验验证该方案可行，实现无刷直流电动机在宽速度范围内稳定工作。关键词：无刷直流电动机；双模式；闭环控制；双弱磁扩速
ｍｏｏｓｒｎｎｎｇａｖａｅｓｅｄ．ｅｓｍｕａｉｎａｄｅｐｒｍｅｔｒｓｔｈｏｔｔｂｕｈｌｓｔｒｃｎｏｅａｅｉｔｒｗａｕｉｂｏｅｂｓｐｅＴｈｉｌｔｏｎｘｅｉｎｅｕｌｓｗｈａｒｓｅｓＤＣｍｏｏａｐｒｔｎａｓ
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无刷直流电动机双模式控制
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直流无刷电机如何控制正反转

直流无刷电机如何控制正反转直流无刷电机如何控制正反转直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能。

我们知道直流无刷电机在许多场合不但要求电机具有良好的起动和调节特性，而且要求电机能够正反转。

那么如何实现直流无刷电机的正反转？通常采用改变逆变器开关管的逻辑关系，使电枢绕组各相导通顺序变化来实现电机的正反转。

为了使电机正反转均能产生最大平均电磁转矩以保证对称运行，必须设计转子位置传感器与转子主磁极和定子各相绕组的相互位置关系，以及正确的逻辑关系。

正/反转控制（DIR）通过控制端子“DIR”与端子“COM”的通、断可以控制电机的运转方向。

端子“DIR”内部以电阻上拉到+12，可以配合无源触点开关使用，也可以配合集电极开路的PLC等控制单元；当“DIR”与端子“COM”不接通时电机顺时针方向运行（面对电机轴），反之则逆时针方向运转；为避免直流无刷驱动器的损坏，在改变电机转向时应先使电机停止运动后再操作改变转向，避免在电机运行时进行运转方向控制。

转速信号输出（SPEED）直流无刷驱动器通过端子SPEED~COM为用户提供与电机转速成比例的脉冲信号。

每转脉冲数=6×电机极对数，SPEED频率（Hz）=每转脉冲数×转速（转/分）÷60。

例：4对极电机，每转24个脉冲，当电机转速为500转/分时，端子SPEED的输出频率为200Hz。

直流无刷电机foc控制技术解决方案从能耗角度来看，消费类电子产品和工业设备从传统的AC 马达过渡到体积更小、更为高效的BLDC 电机具有重大意义，但设计BLDC 控制算法的复杂性阻止了工程师们实现这种过渡的积极性。

从手机中的小型振动马达到家用洗衣机和空调中使用的更复杂的马达，马达已成为消费领域中的日常装置。

马达同样也是工业领域中的一个重要组成部分，在很多应用中广泛运用，如驱动风扇、泵等各种机械设备。

这些马达的能量消耗是非常巨大的：研究表明，仅在中国，马达所消耗的能源占工业总能耗的60% 至70%，其中风扇和泵所消耗的能源占中国整体功耗的近四分之一。

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。

三相无刷直流电机原理和控制方法

5
HALL状态与PWM、三相反电势和三相相电流的对应关系
Halla Hallb
Hallc 101 100 110 010 011 001 101
PWM a
t
PWM b
t
PWM c
t
T1T6 T1T2 T3T2 T3T4 T5T4 T5T6 T1T6
无刷直流电机的电
ea
t 流和感应电动势具有以

0
R
0

i
B

p
0
LM
0 iA eA uON
0

i
B

eB

uON

uCN 0 0 RiC 0
0 L M iC eC uON
uON

e AN
H_on-L_pwm H_pwm-L_pwm
33.8％ 15.4％ 42.4% 42.4%
19
无刷直流电机的换流模式
（1）采用pwm-on方式时，下桥换相和上桥换相的换相转矩脉动相等，且最小；非换向相电流脉动也是最小的；（2）采用on-pwm方式时，下桥和上桥换相转矩脉动相等且比pwm-on方式大，非换向相电流脉动也比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onpwm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on-pwm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。

基于ST7MC的无刷直流电机控制模式分析

关管上的ＰＷＭ信号为参考电流ＰＷＭ信于参考电流时，加在功率开关管上的具有如下优点：
号和内部时钟共同作用的结果。图中内部ＰＷＭ信号即为内部时钟的ＰＷＭ信号。当
① 能对扭矩实现实时控制，反应灵
时钟产生一个稳定的ＰＷＭ信号，信号的绕组电流大干参考电流时，比较器输出控敏。因为力矩与绕组电流大小成正比，通
ＳＭＣ是意法半导体公司推出的Ｔ７Ｓ７系列８Ｔ位微控制器（Ｕ）ＭＣ，适用于
三相感应和永磁无刷电机。该器件含有专
门的片内马达控制外设ＭＴＣ，ＭＴＣ可以看作一个将三相ＰＷＭ调制于六通道，并
具有反电势过零检测功能的无刷电机控制模块，特别适用于无刷电机的驱动，内部同时支持电压和电流两种控制模式。图１
电压控制模式和电流控制模式是无刷调速控制，外环为速度环，而内环则对许电流后，比较器输出低电平，功率开
直流电机调速的两种方法。电压控制模式应电流截止负反馈，图２中，ＷＭ电压信号继续有如通过外接关管重新打开，Ｐ
控制简单，通过改变绕组端电压的ＰＷＭ取样分压电阻
为Ｓ７ＴＭＣ内部的电机控制模式方框图。
图１ＴＭＣ内部电机控制模式方框图７Ｓ
２１．电压控制模式
ｒ
—
最大参考电流信号
图２为Ｓ７ＴＭＣ内部电压控制模式的Ｉｌ控制原理，Ｔｍｅ产生的Ｕ相ＰｉｒＷＭ信号

浅谈无刷直流电机控制的两种模式

浅谈无刷直流电机控制的两种模式【摘要】：文章以无刷直流电动机为控制对象,分别介绍了以PIC18F2431单片机和DSP作为电机的主要控制芯片所构成的电机控制系统及其工作方法。

【关键词】：无刷直流电；控制芯片；PIC18F2431单片机；DSP直流电机是电机的主要类型之一。

一台直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用，用作直流发电机可以得到直流电源，而作为直流电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，仍得到广泛使用。

对于无刷直流电机的控制，从控制硬件主体来说，可以有多种选择。

其中包括单片机、DSP、FPGA等，文章将具体论述两种常见的分别由单片机和DSP作为电机的主要控制芯片的电机控制系统。

一、使用单片机作为无刷直流电机控制的主体采用美国微芯公司生产的PIC18F2431作为无刷直流电机的主控芯片,其引脚如图1所示。

该芯片具备所有PIC18 单片机固有的优点，即以及高耐久性的增强型闪存程序存储器和高速10 位A/D 转换器。

除了这些优点之外，该芯片还增强了器件设计，使得其成为电机控制应用的良好选择，其中包括插入可编程死区时间的14 位分辨率功率控制PWM 模块、运动反馈模块（Motion Feedback Module，MFM）包含一个3 通道输入捕捉（Input Capture，IC）模块和正交编码器接口（Quadrature Encoder Interface，QEI），这些功能使得电机控制变得较为方便。

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=120f / 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。

无刷电机控制方式有哪些？

无刷电机控制方式有哪些？无刷电机控制方式有哪些?答；无刷电机分为；无刷直流电机(BLDC)，永磁同步电机(PMSM)。

常见的控制方式有；1、三相六步控制，俗称方波控制；2、正弦波控制，也叫脉冲调制(PWM)；直流无刷电动机是采用晶体管换向技术，来代替了传统的整流子换向器一种新型直流电动机。

它的结构图如下图所示。

上述无刷直流电机的结构中有两个死区，即当转子转到N、S极之间的位置中心点，此时位置上的霍尔感受不到磁场，必须靠惯性转动。

为了克服上述问题必须利用调制宽度来克服它。

无刷电机它的工作原理如下；电动机的定子绕组必须根据转子的磁极方位切换其中的电流方向，才能使转子连续旋转，因此在无刷直流电动机内必须设备一个转子磁极位置的传感器，这种传感器通常采用霍尔元件。

霍尔元件是一种磁感应传感器，可以检测磁场的极性，将磁场的极性变成电信号，送给对应的晶体管的控制极。

定子绕组中的励磁电流是根据霍尔元件的信号进行切换，这样就可以形成旋转磁场，驱动转子旋转。

霍尔元件上下经限流电阻接到直流电源上，有偏流流过使晶体管按照对应方向截止或导通。

（如上图所示），这样在定子W1线圈与定子w2定子线圈中，它受霍尔元件变化检测的信号而改变，形成旋转运动。

一般霍尔元件安装在无刷直流电机靠近转子磁极的位置。

上述无刷直流电机结构中有两个死区，即当转子转到N、S极之间的位置为中性点，在此位置霍尔元件感受不到磁场，因而无输出，则定子绕组也会无电流，电机只能靠惯性转动，如果恰好电动机停在此位置，则会无法启动。

为了克服上述问题，人们在实线中也开发出多种方式。

如下图所示。

上面图为单极性两相半波通电方式，无刷直流电机的内部结构示意图。

它在泡机中设有两霍尔元件按90度分布，转子为单极（N、S）永久磁钢，定子绕组为两相4个励磁绕组。

下面为单极两相半波通电方式无刷电机电路示意图，分两张图片。

该类型的电机为了形成旋转磁场。

它由4个晶体三极管Ⅴ1~V4驱动各自的绕组，转子位置的检测由两个霍尔元件担任。