一种新的无位置传感器BLDC控制方法

BLDC无位置传感器控制技术2014.11.12duguqiubai1234@BLDC电机是一种结合了直流电机和交流电机优点的改进型电机。

其转子采用永磁材料励磁，体积小、重量轻、结构简单、维护方便。

BLDC电机又具有控制简便、高效节能等一系列优点，已广泛应用于仪表和家用电器等领域。

本文主要讨论高压BLDC风机无位置传感器起动和运行技术。

一、无位置传感器技术简介BLDC电机最简单的控制方法是安装三个位置传感器，使用六步换相法控制。

但传感器器会增大电机的体积和成本，另外传感器的位置精度影响电机的运行；特别对于极对数较多的电机，传感器偏差少许机械角度也可能引起电角度偏差很多。

在某些恶劣环境下,如高温、潮湿、腐蚀性气体等环境，传感器易损坏，因而无法使用。

使用无位置传感器方式则可以克服上述缺点。

无传感器BLDC在性能上也存在一些不足:（1）难以实现重负载（例如额定转矩）起动。

好在风机属于轻负载起动的情况。

（2）难以快速起动。

例如很难实现1秒内从静止加速到全速。

好在风机通常不要求很短时间内完成加速。

（3）无法实现全速范围内任意调速。

有传感器BLDC能够实现0%～100%额定转速范围内的调速，而无传感器BLDC通常只能实现10%～100%额定转速范围内的调速。

好在风机通常不要求10%额定转速以下运行。

经过以上分析，可以看出风机非常适合使用无位置传感器方式控制。

国内高压无位置传感器BLDC技术仍处于不成熟阶段。

使用该技术的产品应以稳定可靠为主要要求，而不是以性能优越为主要要求。

高压无传感器BLDC如果追求性能优越，则成本太高，技术难度过大。

风机类产品通常起动后连续工作时间较长，所以通常不要求快速起动，不也要求反复起停。

风机类产品10%以下额定转速将造成风量过小，所以通常也不会要求10%额定转速以下运行。

无传感器BLDC起动时需要锁定转子、外同步加速（开环加速）等过程，所以起动较慢；起动过快易造成失败，所以通常不宜要求无传感器BLDC做快速起动。

BLDC电机控制算法——FOC简述FOC（Field-Oriented Control）是一种用于控制无刷直流电机（BLDC）的算法。

它通过将电机的控制分为两个独立的轴，即磁场轴和转子轴，来实现对电机的精确控制。

相比传统的BLDC电机控制方法，FOC算法具有更高的效率和精度。

FOC算法的核心思想是将电机转子轴上的电流分解为两个独立的分量，即直流分量和交流分量。

直流分量用于控制电机的转矩，而交流分量用于控制电机的速度。

通过这种方式，FOC算法能够更好地控制电机的动态响应和转矩输出。

FOC算法主要由三个步骤组成：磁场定向、电流控制和速度控制。

首先是磁场定向。

磁场定向的目标是将电机的磁场与转子轴对准，以便更好地控制电机的转矩输出。

这一步骤通常通过使用位置传感器或者观测器来获取电机的转子位置，然后根据转子位置来调整电机的电流分量。

通过磁场定向，电机可以在任意位置上产生所需的转矩。

接下来是电流控制。

电流控制的目标是对电机的电流进行精确控制，以实现所需的转矩输出。

在FOC算法中，电流控制通常使用PID控制器来调整电机的电流，以使其与期望值相匹配。

通过电流控制，电机可以实现高精度的转矩输出，并且能够适应负载的变化。

最后是速度控制。

速度控制的目标是对电机的转速进行控制，以实现所需的转速输出。

在FOC算法中，速度控制通常使用PID控制器来调整电机的电流分量，以使其与期望值相匹配。

通过速度控制，电机可以实现高精度的转速输出，并且能够适应负载的变化。

FOC算法的优点在于其高效性和精度。

相比传统的BLDC电机控制方法，FOC算法能够更好地控制电机的动态响应和转矩输出。

它能够实现高精度的转矩和转速控制，并且能够适应负载的变化。

此外，FOC算法还可以提高电机的效率，减少能源消耗。

然而，FOC算法也存在一些挑战。

首先，FOC算法需要准确的电机参数和转子位置信息，这对于一些应用来说可能是困难的。

其次，FOC算法的实时性要求较高，需要较快的计算和响应能力。

bldc六步控制原理BLDC六步控制原理BLDC（Brushless DC）电机是一种无刷直流电机，它由电机本体和电子控制系统组成。

BLDC电机具有高效率、高转矩密度和长寿命等优点，广泛应用于家电、工业设备和电动交通工具等领域。

而BLDC 六步控制原理是指通过对电机的六个电流阀门进行控制，实现电机的正常运转。

BLDC电机的控制主要通过电子控制系统来实现。

电子控制系统由电源、电流传感器、位置传感器和控制器等组成。

其中，电流传感器用于感知电机的电流情况，位置传感器用于感知电机转子的位置，控制器根据电流和位置的反馈信息进行控制操作。

BLDC电机的六步控制原理是基于电流和位置的反馈信息来控制电机的正常运转。

具体步骤如下：第一步，根据位置传感器的反馈信息确定电机的初始位置，并确定电流阀门的状态。

根据电流阀门的状态，控制器将电流导通至特定的线圈，使得电机在特定位置具有力矩。

第二步，电机开始旋转，位置传感器不断反馈电机的位置信息。

根据位置信息，控制器判断电机是否需要切换至下一个状态。

如果需要切换，则关闭当前状态的电流阀门，打开下一个状态的电流阀门。

第三步，电机继续旋转，位置传感器持续反馈电机的位置信息。

控制器根据位置信息判断是否需要切换状态，如果需要则进行状态切换。

第四步，电机仍然旋转，位置传感器继续反馈电机的位置信息。

控制器根据位置信息判断是否需要切换状态，如果需要则进行状态切换。

第五步，电机持续旋转，位置传感器持续反馈电机的位置信息。

控制器根据位置信息判断是否需要切换状态，如果需要则进行状态切换。

第六步，电机继续旋转，位置传感器持续反馈电机的位置信息。

控制器根据位置信息判断是否需要切换状态，如果需要则进行状态切换。

通过以上六个步骤的循环运行，BLDC电机可以实现稳定、高效的运转。

通过电流阀门的控制，可以使电机在不同位置产生不同的力矩，从而实现电机的正常工作。

BLDC六步控制原理的核心是通过不断地切换电流阀门的状态，使电机在不同位置产生适当的力矩。

BLDC无刷直流电机控制算法BLDC（Brushless DC）无刷直流电机是一种高效、可靠且低噪音的电机，广泛应用于各种领域，如工业自动化、电动车辆和家用电器等。

BLDC 电机的控制算法是保证其正常运行和实现各种运动控制的关键。

BLDC无刷直流电机的控制算法主要分为传统控制算法和现代控制算法两大类。

传统控制算法包括电流控制、速度控制和位置控制等，常用的算法有PWM控制、电流环反馈控制和PID控制等。

现代控制算法包括矢量控制、模型预测控制和自适应控制等，常用的算法有FOC（Field Oriented Control）控制和SLDC（Sliding Mode Variable Structure Control）控制等。

首先介绍传统控制算法中的PWM控制算法。

PWM（Pulse Width Modulation）控制是一种通过改变电机输入的电压和电流的方式来控制电机转速的方法。

PWM控制算法通过控制器将输入的电压和电流通过开关器件的开关时间和开关频率进行调节，从而控制电机的输出转矩和转速。

该算法简单、可靠，并且适用于各种控制需求。

其次介绍传统控制算法中的电流环反馈控制算法。

电流环反馈控制是通过测量电机的相电流来实时调整开关器件的开关时间和开关频率，从而实现对电机转矩的精确控制。

该算法可以实现高精度的电机控制，但是由于需要实时测量电流，所以需要配备性能较高的传感器。

再次介绍传统控制算法中的PID控制算法。

PID（Proportional-Integral-Derivative）控制是一种比例、积分和微分控制的组合方式，通过计算误差的比例、积分和微分，并加以调整，来实现电机的转速和转矩控制。

PID控制算法是一种经典的控制算法，具有简单、稳定和易于调节的特点。

现代控制算法中的FOC控制是一种通过转子磁链定向和转差矢量控制方式来实现BLDC无刷直流电机控制的算法。

FOC控制算法通过测量和估算电机的电流和转子位置，将电机的输入电压和电流进行空间分量的分解，使得电机的电磁转矩和机械转矩得到分离，从而实现对电机的精确控制。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710291158.2(22)申请日 2017.04.28(71)申请人 深圳市顺溜科技有限公司地址 518000 广东省深圳市宝安区松岗街道罗田社区第三工业区龙山路4号B座3楼(72)发明人 任彪　苏江华　伍小娟　朱孙勇　(51)Int.Cl.H02P 6/08(2016.01)H02P 6/182(2016.01)(54)发明名称一种基于BLDC的无位置传感器低速控制方法(57)摘要本发明提出一种基于BLDC的无位置传感器低速控制方法，利用独立于转速的磁链函数进行转子位置估算，对估算函数与转子位置信息之间的对应关系和位置估算的具体实现进行论证，本文提出的这种无位置传感器方案在不同转速区使用时为保持一定的位置估算精度受到的约束条件，通过本发明的转子位置估算可以适用于整个转速范围，本发明的方法不仅能够在稳态过程中得到比较准确的电机换相信息，在暂态过程中也能得到比较准确的电机换相信息。

权利要求书2页 说明书4页CN 108809161 A 2018.11.13C N 108809161A1.一种基于BLDC的无位置传感器低速控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)利用基尔霍夫电压定律分析每相的电压方程，得到a，b两相的线间电压方程；根据电压方程确定磁链函数Hab(θ)；(2)通过分析磁链函数Hab(θ)来确定转子磁链函数G(θ)；(3)根据转子磁链函数G(θ)以及傅里叶级数来确定反电动势；(4)根据反电动势来判断电机的换相时刻，利用线间反电动势过零时G(θ)函数值出现的正无穷到负无穷的跳变来检测电机换相时刻，从而实现低速控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于BLDC的无位置传感器低速控制方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：无刷直流电机的三相绕组对称，且定子绕组为星形连接，计算a，b两相的线间电压方程，并以此得到V ac，V bc式中：ia,ib为相电流，L为漏电感，Ke为常数，ω为电机角速度，f abτ(θ)为线间磁链形式的函数，定义函数为：3.根据权利要求2所述的一种基于BLDC的无位置传感器低速控制方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：根据所述定义函数确定转子磁链函数，首先，以此得到G(θ)ab_ca，G(θ)ca_bc，由G(θ)bc_ab，G(θ)ab_ca，G(θ)ca_bc得到G(θ)函数。

无刷电机属于自換流型（自我方向轉換），因此控制起来更加复杂。

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。

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,以控制电机速度功率。

BLDC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,BLD C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BLDC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BLDC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BLDC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.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。

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。

当得到适当的整流换向时，BLDC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BLDC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.BLDC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.图1:用于BLDC电机的梯形控制器的简化框图在这个原理图中，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。