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揭秘无刷无传感器直流电机控制原理目前常用的无刷直流电机控制方法可分为开环控制、转速负反馈控制和电压负反馈加电流正反馈控制等3 类。
其中开环控制方式适合于转速精度要求不高的场合，转速负反馈方式适合于机械特性要求比较硬、转速精度比较高的场合，而电压负反馈电流正反馈方式则应用于动态性能要求比较高的场合。
对于航模用的无刷直流电机，转速精度要求并不很高，使用开环控制方式就可满足要求。
图1 是无刷直流电机的电路原理图采用二相导通星形三相六状态控制策略时，其工作过程如下：wt = 0º电流：电源（+ ）→T1→U→V→T4→电源（- ）wt = 60º电流：电源（+ ）→T1→U→W→T6→电源（- ）wt = 120º电流：电源（+ ）→T3→V→W→T6→电源（- ）wt = 180º电流：电源（+ ）→T3→V→U→T2→电源（- ）wt = 240º电流：电源（+ ）→T5→W→U→T2→电源（- ）wt = 300º电流：电源（+ ）→T5→W→V→T4→电源（- ）wt = 360º电流：电源（+ ）→T1→U→V→T4→电源（- ）由此可看出，只要转子在合适的位置及时准确地切换相应的开关管进行换流，电机就能平稳旋转并获得最大的转矩。
1. 无位置传感器无刷直流电机位置检测方法选择无位置传感器无刷直流电机控制的一个关键点就是电机转子位置信息的检测与估计。
作者在设计中使用了反电动势过零法［4］对转子位置进行检测。
该方法具有线路简单、技术成熟、成本低廉等优点，当然也存在电机不转及转速很低时反电势无法检测的缺点。
对于这些不足，作者使用了软件优化等方法予以克服。
反电势过零法的工作原理如图2 所示，在任何时刻，电动机三相绕组只有两相导通，每相绕组正反相分别导通120º电角度。
通过测量三相绕组端子及中性点相对于直流母线负端（或正端）的电位，当某端点电位与中性点电位相等时，则此时刻该相绕组反电动势过零，再过30º电角度就必须对功率器件进行换相。
无刷直流电机设计流程嘿，朋友！今天咱就来唠唠无刷直流电机设计这档子事儿。
这无刷直流电机啊，就像是一个神奇的小宇宙，里面藏着好多学问呢。
要开始设计无刷直流电机，第一步就得明确它的用途。
这就好比你要盖房子，得先知道这房子是用来住人啊，还是做仓库。
我有个朋友叫小李，他想设计一个用于小型无人机的无刷直流电机。
那他就得考虑这个电机要足够轻便，动力还得强劲，能让无人机飞得又稳又快。
这时候就像是给这个电机定了个大方向，就像航海的时候有了指南针一样。
接下来就是确定电机的主要参数啦。
这里面的门道可不少呢。
比如说额定功率、额定转速、转矩这些。
这额定功率啊，就像是一个人的力气大小。
要是功率定小了，就像让一个小孩去干大人的活，根本带不动嘛！而转速就好比一个人跑步的速度，转矩呢，有点像一个人能使出来的爆发力。
我曾经见过一个新手在设计无刷直流电机时，乱定参数，结果电机造出来，那性能差得呀，就像一辆破自行车，怎么骑都费劲。
选磁钢材料也是很关键的一步。
这磁钢材料就像是电机的灵魂所在。
不同的磁钢材料性能差别可大了去了。
有铁氧体磁钢，还有稀土永磁材料呢。
稀土永磁材料虽然贵一些，但是它的性能就像超级英雄一样厉害。
我跟同行老张讨论的时候，他就说：“这稀土永磁材料就像魔法材料一样，能让电机的性能一下子提升好几个档次，不过成本就像个拦路虎啊。
”这时候就得在性能和成本之间权衡，就像走钢丝一样，得小心翼翼。
然后就是绕组的设计啦。
绕组就像是电机的经脉一样。
绕组的匝数、线径这些都很重要。
匝数多了，就像给电机穿上了厚厚的衣服，电阻增大，电流就不好通过了。
匝数少了呢，又像是衣服穿得太薄，性能也会受影响。
这时候就得像裁缝一样，精心剪裁，找到最合适的匝数和线径。
我在学习绕组设计的时候，可没少向老师傅请教。
老师傅就说：“这绕组设计啊，就像绣花，一针一线都得恰到好处。
”转子和定子的设计也不能马虎。
转子就像电机的心脏，定子就像它的外壳。
转子的结构形状会影响电机的转动惯量。
收稿日期:2005-12-06作者简介:戴敏(1977—),女,江苏泰兴人,在读博士研究生,主要研究方向为机械制造及其自动化技术。
航模直流无刷无感电机调速控制系统设计戴 敏,曹 杰,史金飞(东南大学机械工程系,江苏南京 210096)摘要:针对航模用无传感器无刷直流电机的特点,设计开发了其专用调速控制系统。
首先分析了无传感器无刷直流电机的位置检测方法、P WM 调制方式和启动策略等控制原理。
接着以MEG A8单片机为核心设计了硬件系统,对几个关键控制电路给出了原理图并进行了详细阐述。
最后还给出了系统控制多种航模用电机的测试结果。
关键词:无位置传感器;无刷直流电机;控制系统;MEG A8中图分类号:T M301 文献标识码:B 文章编号:1000-8829(2006)07-0030-04D esi gn of a Speed 2Adjust m en t Con trol System for Sen seless Brushless DC M otorDA IM in,CAO J ie,SH I J in 2fei(M echanical Engineering Depart m ent,Southeast University,Nanjing 210096,China )Abstract:A s peed 2adjust m ent contr ol syste m of senseless brushless DC mot or in aer omodelling is intr oduced .Some basic theories,such as methods of positi on detecti on,P WM contr ol and starting policy of senseless BLD 2C M are disserted in the first .The hardware design is based on MEG A8m icr ocontr oller .Some key contr ol cir 2cuits are discussed .Finally,a test result of contr olling multi 2sens orless BLDC M in aer omodelling is s pecified .Key words:senseless;brushless DC mot or (BLDC M );contr ol syste m;MEG A8 航模用无刷直流电机(BLDC M )具有体积小、重量轻、效率高和可靠性高等优点,由于航模领域的特殊性,对于电机的控制系统也提出了一些特殊的要求,其中最重要的就是要求控制系统的体积小、质量轻。
无刷电调编程讲解
无刷电调是一种电子元件，常用于控制电机的转速和方向。
为了实现不同的功能，需要对无刷电调进行编程。
下面是无刷电调编程的讲解：
1. 确定编程设备：通常使用电脑和USB转串口线作为编程设备。
2. 安装编程软件：根据无刷电调的品牌和型号，选择相应的编程软件并安装。
3. 连接电调和编程设备：将USB转串口线连接到电脑的USB端口上，另一头连接到电调的编程口上。
4. 进入编程模式：根据电调的说明书，按压指定按键或操作指令，进入编程模式。
5. 编写程序：在编程软件中编写程序，实现电调所需的功能。
常见的功能包括调整最大电流、最大转速和刹车时间等。
6. 下载程序：将编写好的程序下载到电调中，以实现相应的功能。
7. 测试：将电调和电机连接，进行测试以确认编程是否成功。
如果存在问题，可以重新进入编程模式并修改程序。
以上就是无刷电调编程的基本讲解，希望能够帮助大家更好地理解和使用无刷电调。
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无刷直流电动机优化设计的方法摘要：本文论述了无刷直流电动机优化设计的方法，根据产品的运行条件，配合电动机绕线设计，进角控制设计，驱动器通电波形，优化电动机的整体设计，使电动机高效率运行，节省能源。
对降低电动机扭矩脉动，减少电动机的噪声、震动也进行了说明。
关键词：无刷直流电动机效率进角控制脉宽调制技术PWM 扭矩脉动矢量控制前言：无刷直流电动机具有结构简单，输出转矩大，调速范围宽，速度控制精准，效率高等优点，在汽车、工具、自动化设备、智能化电器、航空航天等领域应用广泛。
运行效率是评价电机设计的重要指标，使电机运行在最佳效率，能有效节省能源，减少发热，提高电机的使用寿命。
扭矩脉动对电动机的噪声、震动有不利影响，在对噪声、振动要求高的时候，也需要进行适当抑制，以减少噪声、震动，延长电动机寿命。
1.无刷直流电动机1.1无刷直流电动机的构造（图1）。
无刷直流电机由定子绕组、转子、壳体和驱动器组成。
定子绕组多做成三相对称星形接法，转子上粘有充磁的永磁体，壳体可由金属或热塑性材料成型，驱动器由驱动模块集成电路和电子元器件等构成。
无刷直流电动机的构造（图1）1.2无刷直流电动机的工作原理。
如图2所示，直流电源给开关线路（驱动器）供电，驱动器根据位置传感器反馈的转子极性和位置信号，控制驱动器内的晶体管开关，给电机定子三相绕组提供电源，电流流入三相绕组，与定子铁心共同作用产生磁场，驱动器根据控制信号，控制晶体管的开关时间与顺序，使定子产生旋转磁场，旋转磁场与转子相互作用，从而驱动转子运转。
无刷直流电动机的工作原理（图2）1.效率（图3）电动机效率计算公式为η=(P1/P2)X100%。
P1:电动机输出功率，单位瓦特（W）；P2电动机输入功率，单位瓦特（W）；效率用字母“η”表示。
无刷直流电动机的效率也可表示为η=TXN/9.55X100%。
T：扭矩,单位：牛·米（N·m）；N：转速,单位转/分钟（RPM）。
目录1绪论 (1)1.1 直流无刷电动机发展状况 (1)1.2直流无刷电机控制技术的发展 (1)2 直流无刷电动机的工作原理 (3)2.1 直流无刷电动机的结构与原理 (3)2.2三相绕组直流无刷电动机控制主回路的基本类型 (4)2.3直流无刷电动机控制系统中的PWM控制器 (5)3 直流无刷电动机控制系统的数学模型 (6)3. 1直流无刷电动机的基本方程 (8)3. 2直流无刷电动机控制系统的动态数学模型 (11)4 硬件电路 (13)4.1 主电路 (13)4.2换相电路 (15)5 软件部分设计 (17)5. 1软件总体构成 (17)5. 2主程序的设计 (17)5. 3中断子程序的设计 (19)结论 (21)参考文献 (22)致谢 (23)1绪论1.1 直流无刷电动机发展状况电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已经遍及国民经济的各个领域，电动机主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种。
直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中。
但传统的直流电动机均采用机械电刷的方式进行换向，存在相对的机械摩擦，和由此带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点。
因此，早在1917年，Bulgier就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机(BLDCM: Brushless Direct Current Motor)的基本思想。
1955年，美国D·Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着无刷直流电机的诞生。
1978年，原联邦德国MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其MAC永磁无刷直流电机及其驱动系统，标志着永磁无刷直流电机真正进入了实用阶段。
二十世纪80年代国际上对无刷电机开展了深入的研究，先后研制成方波和正弦波无刷直流电机，在10多年的时间里，无刷直流电机在国际上己得到较为充分的发展。
电动自行车作为一种环保的交通工具已得到了广泛使用。
直流无刷电机及控制器是电动自行车中的关键部件，其性能决定了整个系统的电能转换效率。
控制器根据霍尔传感器输出信号，驱动3相全桥电路，实现对直流无刷电机的控制，因此霍尔信号的准确性及换相的实时性会直接影响电机的性能。
在现有电动自行车控制器方案中，霍尔传感器信号的采集均采用软件扫描形式进行，换相操作也通过软件处理，换相误差大，实时性差，尤其对中高速电机更为明显。
而英飞凌公司的XC866/846可以支持硬件霍尔信号采集、换相操作，且无需额外电路即可实现同步整流控制，单片机利用率高，电机控制性能好。
直流无刷电机控制传统的直流无刷电机采用梯形波驱动方式，系统结构框图如图1a所示，MCU根据三个霍尔传感器信号调制PWM输出，PWM驱动波形如图1b所示。
由于在这种控制方式下，电机端电压波形为梯形波，因此也称为梯形波控制。
从图1中可以看出，PWM输出存在6种状态，对于每种状态，逆变桥的6个功率管中仅有2个工作，例如，当状态等于5时，CC60和COUT62对应通道开通。
图1：直流无刷电机控制拓扑结构及PWM驱动信号波形。
在PWM开通和关断期间，逆变桥内的电流如图2所示(以状态5为例)。
当PWM开通时，电流经过M1，经过电机及M6返回电源。
当PWM关闭时，续流电流经由D2(M2中的寄生二极管)、电机相线和M6返回电源。
由于二极管D2的导通压降为0.6～1V左右，因此续流电流在这个二极管上会产生较大的损耗，当电机负载大、续流电流大的时候，损耗问题更加严重，将影响逆变器效率。
图2：简单梯形波控制中的电流示意图。
为减少续流电流在寄生二极管上产生的损耗，在一些应用中使用MOSFET作为逆变元件。
由于MOFSET具有导通阻抗低、电流可以双向流动的特点，在M1关断，进入续流阶段时，开通M 2，使续流电流流经M2，由于MOSFET的导通阻抗极低，损耗很小，例如当续流电流为10A，MOSFET导通电阻10mΩ，二极管D2压降0.7v时，若续流电流流经D2时产生损耗为7W，而流经MOSFET时产生损耗仅为1W，因此使用这种控制方式可以减少损耗，提高逆变器的效率，在续流电流大的情况下效果更加明显。
直流无刷电机的控制系统设计方案直流无刷电机（BLDC）是一种能够提供高效可靠的电动机驱动方案的电机。
它具有高效率、高功率密度、长寿命和低噪音等特点，广泛应用于工业、汽车和消费电子等领域。
在这篇文章中，我们将探讨直流无刷电机控制系统的设计方案。
一、控制器选择选择合适的控制器对于直流无刷电机的性能至关重要。
常见的控制器包括传感器基本反馈控制器和无位置传感器矢量反馈控制器。
1.传感器基本反馈控制器：传感器基本反馈控制器通过对电机速度和位置的测量反馈来控制电机。
它具有简单的硬件结构和易于实现的特点，适用于对控制精度要求不高和成本要求较低的应用。
2.无位置传感器矢量反馈控制器：无位置传感器矢量反馈控制器通过使用电流、电压和速度等参数来估计电机的位置和速度，从而进行闭环控制。
它能够提供更高的控制精度和动态性能，适用于对控制精度要求较高的应用。
二、传感器选择1.霍尔传感器：霍尔传感器通过检测电机转子上的永磁体磁场变化来确定电机的位置。
它具有结构简单、成本低和使用方便等优点，适合于低成本和低精度的应用。
2.编码器：编码器通过检测电机转子的机械运动，如转子的转速和位置来确定电机的位置。
它具有较高的精度和抗干扰能力，适用于对控制精度要求较高的应用。
3.霍尔传感器与编码器混合使用：为了兼顾成本和精度要求，可以采用霍尔传感器与编码器混合使用的方式进行控制。
霍尔传感器用于测量电机的粗位置信息，编码器用于提供更精确的位置和速度信息。
三、控制策略选择1.电流控制：电流控制是直接控制电机的电流大小和方向，从而控制电机的转矩。
它具有快速响应和较高的控制精度等优点，适用于对控制精度要求较高的应用。
2.速度控制：速度控制是通过控制电机输入电压或电流的大小来控制电机的转速。
它具有稳定性好、抗负载扰动能力强等优点，适用于需要稳定转速的应用。
3.位置控制：位置控制是通过控制电机输入电压或电流的大小来控制电机的位置。
它具有控制精度高、抗负载扰动能力强等优点，适用于需要精确定位的应用。
调速传动系统的各项重要指标：1）、调速范围：最高与最低转速相比。
2）、调速平滑性：相邻两档转速的差值越小越平滑。
3）、调速的工作特性：静态特性主要是调速后机械特性的硬度，对绝大多数负载，机械特性越硬，则负载变化时，速度变化越小，工作越稳定。
动态特性主要为升速和降速过程是否快而平稳。
当负载突然增减与电压突然变化时，系统转速能否迅速地恢复。
4）、调速系统的经济性。
主要从价格、调速运行效率、调速系统故障率，售后服务与支持等方面衡量。
5）、负载转矩特性：一般来说空气、水、油等介质对机械阻力基本上都是和转速二次方成正比。
即负载转矩TZ=KN2电动直升机航模用的动力一般为无刷直流电动机，无刷直流电动机的结构与交流永磁同步电动机相似，其定子上有多相绕组，转子上镶有永磁体，无刷直流电动机的优点和关键特征如下：1）本质上是多相交流电动机，但经过控制获得类似直流电动机特性；2）需要多相逆变器驱动；3）无电刷和换相器，即使在高转速下，也可得到较高的可靠性；4）效率高；5）低的EMI6）可实施无传感器控制；按照无刷直流电动机工作原理，必须有转子磁极位置信号来决定电子开关的换相。
装有转子位置传感器（例如霍尔元件）就称为有感无刷电机。
有感无刷电机装传感器检测电气相位可分为60°/120°/180°/240°/300°等。
根据电气相位的不同，电子换相驱动方式就略有不同，开关时序将不同，如6步换相180°变频：经过6个节拍，无刷电机的定子中将产生一个旋转磁场，带动转子转动，每个开关的一个状态在连续的3个节拍中保持不变，相当于在磁场中180°的范围内保持不变。
6步换相120°变频：则每个开关的一个状态在连续的2个节拍中保持不变，相当于在磁场中120°的范围内保持不变。
位置传感器的存在占用了电动机的一些空间、安装位置对准、需要引出线等问题，随着微机控制技术的高速发展，无位置传感器控制技术和方法也获得快速进展，利用无传感器技术，无刷直流电动机不必装专门的位置传感器，从而简化电动机结构和尺寸，减少了引线，进而降低电动机成本。
