常见电机控制算法.docx

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1、常见电机控制算法目录?B1DC电机控制算法11. 1.B1DC电机是什么意思11.2. B1DC电机的优点11.3. B1DC电机的用途21.4. B1DC电机控制介绍2?B1DC电机的梯形整流换向3?BD1C电机的正弦整流换向5?AC电机算法7?标量控制7?步进电机控制算法9?通用DC控制算法10B1DC电机控制算法1. 1.B1DC电机是什么意思B1DC是无刷直流电机，其英文全称为：Brush1essDirectCurrentMotor0顾名思义，就是没有电刷，这一点与有刷电机存在着本质的区别。B1DC主要由转子（永磁材料）、定子（线圈绕组）和霍尔（有感、无感）组成。B1DC的转子是永磁体

2、，所以无需通电，所以不需要碳刷换向。只需要给定子通不同方向的电流即可改变磁场方向，从而使转子在磁场作用下转动。1.2. B1DC电机的优点1、高效率，可以控制回旋力（扭矩）始终保持最大值，DC电机（有刷电机）旋转过程中最大扭矩只能保持一个瞬间，无法始终保持最大值。若DC电机（有刷电机）想要得到和B1DC电机一样大的扭矩，只能加大它的磁铁，这就是为什么小型B1DC电机也能发出强大力量的原因。2、良好的控制性，B1DC电机可以丝毫不差的得到你所想要的扭矩、旋转数等，B1DC电机可以精确地反馈目标旋转数、扭矩等，通过精确的控制可以抑制电机的发热和电力的消耗。若是电池驱动，则能通过周密的控制，延长驱动

3、时间。3、耐用，电气噪音小，DC电机（有刷电机）由于电刷和换向器之间的接触，长时间使用会有损耗，接触的部分还会产生火花，尤其是换向器的缝隙碰到电刷时会出现巨大的火花和噪音。若不希望使用过程中产生噪音，会考虑采用B1DC电机。1.3. B1DC电机的用途高效率、多样操控、寿命长的B1DC电机一般会用在哪些地方呢？往往被用于能够发挥其高效率、寿命长的特点，被连续使用的产品中。例如：家电。人们很早就开始使用洗衣机和空调了。最近电风扇中也开始采用B1DC电机，并成功促使消耗电力大幅度下降。正是因为效率高才让消耗电力下降的。吸尘机中也采用了B1DC电机。在某个事例中，通过变更控制系统，实现了旋转数的大幅

4、度上升。这个事例体现了B1DC电机的良好控制性。作为重要存储介质的硬盘，其旋转部分也采用了B1DC电机。由于它是需要长时间运转的电机，因此耐用性很重要。当然，它还有极力抑制电力消耗的用途。这里的高效率也和电力的低消耗有关。B1DC电机的用途还有很多，B1DC电机有望被应用在更广泛的领域中。B1DC电机将会在小型机器人，尤其是在制造以外的领域提供服务的“服务机器人”中得到广泛应用。“定位对于机器人很重要，不是应该使用随电脉冲数运行的步进电机吗？”或许会有人这么想。但是在力量控制方面，B1DC电机更合适。另外，若采用步进电机，像机器人手腕这样的构造要固定在某个位置需要提供相当大的电流。若是B1DC

5、电机，则能配合外力只提供所需的电力，从而抑制电力的消耗。还可用于运输方面。一直以来，老年人电动车或高尔夫球车中大多采用简单的DC电机，但最近都开始采用具有良好控制性的高效率B1DC电机了。可以通过细微的控制，延长电池的持续时间。B1DC电机还适用于无人机中。尤其是多轴机架的无人机，由于它是通过改变螺旋桨的旋转数来控制飞行姿态的，因此能够精密控制旋转的B1DC电机很有优势。1.4. B1DC电机控制介绍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。B1DC电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制。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

6、测量，以控制电机速度功率。B1DC电机可以根据应用要求采用边排列或中心排列PWM信号。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。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。为了感应转子位置，B1DC电机采用霍尔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B1DC控制省去了对于霍尔传感器的需要，而是采用电机的反电动势（电动势）来预测转子位置。无传感器控制对于像风扇和泵这样的低成本变速应用至关重要。在采有B1DC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。空载时间的插入和补充大多数B1DC

7、电机不需要互补的PWM、空载时间插入或空载时间补偿。可能会要求这些特性的B1DC应用仅为高性能B1DC伺服电动机、正弦波激励式B1DC电机、无刷AC、或PC同步电机。控制算法许多不同的控制算法都被用以提供对于B1DC电机的控制。典型地，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。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。控制算法必须提供下列三项功能：用于控制电机速度的PWM电压用于对电机进整流换向的机制?利用反电动势或霍尔传感器来预测转子位置的方法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占空度成正比。当得到适当

8、的整流换向时，B1DC的扭矩速度特性与一下直流电机相同。可以用可变电压来控制电机的速度和可变转矩。功率晶体管的换向实现了定子中的适当绕组，可根据转子位置生成最佳的转矩。在一个B1DC电机中，MCU必须知道转子的位置并能够在恰当的时间进行整流换向。B1DC电机的梯形整流换向对于直流无刷电机的最简单的方法之一是采用所谓的梯形整流换向。在这个原理图中，每一次要通过一对电机终端来控制电流，而第三个电机终端总是与电源电子性断开。嵌入大电机中的三种霍尔器件用于提供数字信号,它们在60的扇形区内测量转子位置,并在电机控制器上提供这些信息。由于每次两个绕组上的电流量相等，而第三个绕组上的电流为零，这种方法仅能

9、产生具有六个方向共中之一的电流空间矢量。随着电机的转向，电机终端的电流在每转60时，电开关一次（整流换向），因此电流空间矢量总是在90相移的最接近30的位置。TorqueyyyYy图2梯形控制：驱动波形和整流处的转矩因此每个绕组的电流波型为梯形，从零开始到正电流再到零然后再到负电流。这就产生了电流空间矢量，当它随着转子的旋转在6个不同的方向上进行步升时，它将接近平衡旋转。在像空调和冰霜这样的电机应用中，采用霍尔传感器并不是一个不变的选择。在非联绕组中感应的反电动势传感器可以用来取得相同的结果。这种梯形驱动系统因其控制电路的简易性而非常普通，但是它们在整流过程中却要遭遇转矩纹波问题。BD1C电机

10、的正弦整流换向梯形整流换向还不足以为提供平衡、精准的无刷直流电机控制。这主要是因为在一个三相无刷电机(带有一个正统波反电动势)中所产生的转矩由下列等式来定义：转轴转矩=KuIRSin+1SSin(O+120)+1TSin(O+240)其中：O为转轴的电角度Kt为电机的转矩常数IRJS和IT为相位电流如果相位电流是正弦的：IR=I0Sino;IS=I0Sin(+120o);IT=I0Sin(+240o)将得到：转轴转矩=15I0*Kt(一个独立于转轴角度的常数)正弦整流换向无刷电机控制器努力驱动三个电机绕组，其三路电流随着电机转动而平稳的进行正弦变化。选择这些电流的相关相位，这样它们将会产生平稳

11、的转子电流空间矢量，方向是与转子正交的方向，并具有不变量。这就消除了与北形转向相关的转矩纹波和转向脉冲。为了随着电机的旋转，生成电机电流的平稳的正弦波调制，就要求对于转子位置有一个精确有测量。霍尔器件仅提供了对于转子位置的粗略计算，还不足以达到目的要求。基于这个原因，就要求从编码器或相似器件发出角反馈。由于绕组电流必须结合产生一个平稳的常量转子电流空间矢量，而且定子绕组的每个定位相距120度角，因此每个线组的电流必须是正弦的而且相移为120度。采用编码器中的位置信息来对两个正弦波进行合成，两个间的相移为120度。然后，将这些信号乘以转矩命令,因此正弦波的振幅与所需要的转矩成正比。结果，两个正弦

12、波电流命令得到恰当的定相，从而在正交方向产生转动定子电流空间矢量。正弦电流命令信号输出一对在两个适当的电机绕组中调制电流的P-I控制器。第三个转子绕组中的电流是受控绕组电流的负和，因此不能被分别控制。每个P-I控制器的输出被送到一个PWM调制器，然后送到输出桥和两个电机终端。应用到第三个电机终端的电压源于应用到前两个线组的信号的负数和，适当用于分别间隔120度的三个正弦电压。结果，实际输出电流波型精确的跟踪正弦电流命令信号，所得电流空间矢量平稳转动，在量上得以稳定并以所需的方向定位。一般通过梯形整流转向，不能达到稳定控制的正弦整流转向结果。然而，由于其在低电机速度下效率很高，在高电机速度下将会

13、分开。这是由于速度提高，电流回流控制器必须跟踪一个增加频率的正弦信号。同时，它们必须克服随着速度提高在振幅和频率下增加的电机的反电动势。由于P-I控制器具有有限增益和频率响应，对于电流控制回路的时间变量干扰将引起相位滞后和电机电流中的增益误差，速度越高，误差越大。这将干扰电流空间矢量相对于转子的方向，从而引起与正交方向产生位移。当产生这种情况时，通过一定量的电流可以产生较小的转矩，因此需要更多的电流来保持转矩。效率降低。随着速度的增加，这种降低将会延续。在某种程度上，电流的相位位移超过90度。当产生这种情况时，转矩减至为零。通过正弦的结合，上面这点的速度导致了负转矩，因此也就无法实现。AC电机

14、算法标量控制标量控制(或V/Hz控制)是一个控制指令电机速度的简单方法指令电机的稳态模型主要用于获得技术，因此瞬态性能是不可能实现的。系统不具有电流回路。为了控制电机，三相电源只有在振幅和频率上变化。矢量控制或磁场定向控制在电动机中的转矩随着定子和转子磁场的功能而变化，并且当两个磁场互相正交时达到峰值。在基于标量的控制中，两个磁场间的角度显著变化。矢量控制设法在AC电机中再次创造正交关系。为了控制转矩，各自从产生磁通量中生成电流，以实现DC机器的响应性。一个AC指令电机的矢量控制与一个单独的励磁DC电机控制相似。在一个DC电机中，由励磁电流IF所产生的磁场能量中F与由电枢电流IA所产生的电枢磁

15、通中A正交。这些磁场都经过去耦并且相互间很稳定。因此，当电枢电流受控以控制转矩时，磁场能量仍保持不受影响，并实现了更快的瞬态响应。三相AC电机的磁场定向控制(FOC)包括模仿DC电机的操作。所有受控变量都通过数学变换，被转换到DC而非AC。其目标的独立的控制转矩和磁通。磁场定向控制(FOC)有两种方法：直接FoC:转子磁场的方向(ROtOrf1UXangIe)是通过磁通观测器直接计算得到的间接FOC:转子磁场的方向(ROtorf1uxang1e)是通过对转子速度和滑差SiP)的估算或测量而间接获得的。矢量控制要求了解转子磁通的位置，并可以运用终端电流和电压(采用AC感应电机的动态模型)的知识，通过高级算法来计算。然而从实现的角度看，对于计算资源的需求是至关重要的。可以采用不同的方式来实现矢量控制算法。前馈技术、模型估算和自适应控制技术都可用于增强响应和稳定性。AC电机的矢量控制：深入了解矢量控制算法的核心是两个重要的转换:CIark转换，Park转换和它们的逆运算。采用C1ark和Park转换，带来可以控制到转子区域的转子电流。这种做充许一个转子控制系统决定应供应到转子的电压，以使动态变化负载下的转矩最大化。C1ark转换：C1ark数学转换将一个三相系统修改成两个坐标系统:227。=(北+%+，)其中Ia和Ib正交基准面的组成部分，Io是不重要的