无位置传感器无刷直流电机位置检测技术

Ａｂｓｒ ｔ：Ｔｈｅ ｂ ｕ ｈｌｓ ｔ ｒＤｒｖ ｓ ｉ ｎ ａ ｖ ｎ ｅ ｃ ａ ｉａ ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｄ ｖｃ ｓ ｔ ａｃ ｒ ｓ ｅ ｓ ＤＣ Ｍｏｏ ｉ ｅ Ｓａ ｄ ａ ｃ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｅ ｅ ｔｏ ｉ ｅ ｉ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆ ｅ ｔ ｃ ｏｏ ｙ ｏ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ：ｂ ｕｓ ｌｓ ｔｒ；ｄ ｔｃｉ ｇ ｐ ｓｔｏ ｙｗ ｒ ｒ ｈ ｅ ｓ ＤＣ ｍｏ ｏ ｅｅ ｔ ｏ ｉｉ ｎ；ｃ ｎ ｒ ｌｓｒ ｔ ｇ ｎ ｏ ｔｏ ｔａｅ ｙ
方 法进 行 分类 总 结 ，这 对 研 究 新 方 法 以及 实 践 应 用 Ｕ ５Ｉ 吾
第４ ４卷 第 ８期
２０１ 仨 ｌ
Ｖｏ． ４． Ｎｏ． １４ ８ Ａｕ ． ０１１ ｇ２
８月
无 刷 直 流 电 机 转 子 位 置 检 测 技 术 综 述
吴红 星 ，叶 宇骄 ，倪
（ 尔 滨 工 业 大 学 ，哈 尔 滨 哈
天 ，郭 庆 波
１０ ０ ） ５０ １
摘
要 ：无 刷 直 流 电 机 是 一 种 先 进 的机 电 一 体 化 装 置 ，无 刷 直 流 电动 机 及 控 制 技 术 由于 其 本 身 特 点 ，使 其 成 为 驱 动
ＷＵ Ｈ ｎｘｎ ， Ｅ Ｙ ｊ ｏ Ｉ ｉｎ Ｕ ｉｇ ｏ ｏ ｇｉｇ Ｙ ｕｉ ，Ｎ ａ ，Ｇ Ｏ Ｑ ｎｂ ａ Ｔ （ ａｂ ｎｔｕｉ ｅｈ ｏｏｙ ａｂｎ１０ ０ ，Ｃ ｉ ） Ｈ ｒｉ Ｉｓ ｔｔ ｎｏ Ｔｃｎ ｌ ，Ｈ ｒｉ ５ ０ １ ｈｎ ｎ ｉ ｏ ｆ ｇ ａ
控 制领 域 的 研 究 焦 点 。该 文 根 据 无 刷 直 流 电 机 无 位 置 传 感 器 控 制 特 点 ，分 析 了无 刷 直 流 电机 工 作 原 理 ，结 合 国 内 外 基 于无 刷 直 流 电 机 转 子 位 置 检 查 控 制 的 相 关 文 献 ，综 述 了无 刷 直 流 电 机 转 子 位 置 检 测 控 制 方 法 发 展 概 况 ，并 针 对 每 种 控 制 方 法 阐述 了其 优 缺 点 。 关 键 词 ：无 刷 直 流 电机 ；位 置 检 测 ；控 制 策 略

以 有 位置 传 感 器 模 式 运 行 ， 旦 出现 位 置传 感 器 损 坏 或 者 位 置 传 感 器 信 号传 输 故 障 等 非 正 常 情 况 ， 制 器 将 一 控
自动转换到无位置传感器模式运行 。重点 讨论 了模式转换技术 与无位置传感器 运行 模式下 的转子 位置检测
技术 。在电机静止 和低速运行时 ， 利用定子铁心线圈电感 的磁饱和效应 ， 采用短 时脉 冲检测以及最大概 率法
Ａｂ ｔ ｃ ： ｕ ｌ ｏ ｅ ｏ ｔ ｌ ｔｏ ｆ ｒ ｓｌｓ Ｄ ｏ ｒ Ｂ Ｄ Ｍ）ｅｔ ｒ ｉ ｏｉｏ ｅ ｓｒ ｒ ｅ ｓｒ ｓ ｓ ａ ｔ Ａ ｄ ａ ｍ ｄ ｎｒ ｈ ｄｏ ｕ ｈｅｓ Ｃ ｍ ｔ （ Ｌ Ｃ ｒ ｃ ｏ ｍｅ ｂ ｏ ｉ ｅ ｔ ｐ ｓ ｉ ｓ ｎｏ ｎ ｏｌ ｓ ｈ ｗｈ ｔｎ ｏｓ ｅ
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无位置传感器直流无刷电机控制关键技术研究作者：李娜苏永新来源：《数字技术与应用》2013年第06期摘要：本文结合实际工程项目需求介绍了无位置传感器无刷直流电机控制方法。

首先介绍了无刷直流电机的组成及工作原理，其次介绍了转子位置检测及换相方法，最后介绍了电机启动控制的实现。

实践证明该控制系统具有启动速度快、运行稳定、调速范围广、位置检测精确性高等优点，起到了很好的控制效果，具有广泛的应用价值。

关键词：无位置传感器无刷直流电机反电动势过零比较三段式启动中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0017-03传统直流电机具有控制简单、调速范围广及运行效率高等优点，但是由于机械电刷及换向器的存在带来了火花、噪声、电磁干扰等弱点导致直流有刷电机运行可靠性差、维护麻烦从而限制了其应用范围。

直流无刷电机（BLDCM）是在有刷直流电机基础上发展起来的，取消了传统有刷电机利用电刷和机械换向器，利用电子开关逆变线路通过检测转子位置进行换向，具有结构简单、价格低廉、控制方便等优点得到了广泛的应用。

1 直流无刷电机的组成2 直流无刷电机的工作原理3 转子位置检测4 电机的启动控制无位置传感器无刷直流电机的启动是电机控制的难点，在电机空间气隙磁场确定的情况下，无刷直流电机在运行过程中产生的感应反电动式幅值与转子转速成正比。

由于电机在静止及转速较低情况下产生的感应电动势幅值为零或幅值较低，不足以被位置检测电路捕获到反电动式过零点，无法进行自动换向操作。

为了保证无刷直流电机的正常启动需要在启动过程中采取相应措施，目前无刷直流电机最常用的启动方法为“三段式”启动，如图8所示。

由于电机转子位置预定位后转子相对定子绕组仍处于静止状态，在电机绕组中感应电动势为零。

为了使电机转子旋转，需要按一定顺序给各相绕组施加一个切换频率由低到高、绕组内流通电流强度不断增强的他控同步加速信号。

在机壳内部气隙间产生交变的旋转磁场，在该磁场牵引下带动转子跟随旋转。

无刷直流电机反电势过零检测新方法摘要：采用的无位置传感器的无刷直流电机在高速反应阶段，由于电磁场效应产生的反电势信号过于强大，造成的检测电路无法正常工作，甚至会因为反电势而产生无法弥补的损坏。

相反在低速运转阶段低电势信号较弱，从而无法进行捕捉检测。

基于此，提出一种解决在极端速段问题的反电势过零检测新方法。

经过试验验证，采用三相采样等效电路，在该电路上并联一组晶体管来控制电阻分压器开关电路。

参照电机的特性，可以根据特性调整控制信号的信噪比和占空比，从而实现晶体管的通断进而调节电阻分压开关所形成的电阻值的变化，避免电势过高出现检测危险或者是电势过低检测不出来的问题。

关键词：无刷直流电机引言无刷直流电机具备以下几个特点：体积小、质量轻、效率高、损耗小。

因为这些优点使得无刷直流电机得以广泛的应用，从而进入了航空、控天、机械、汽车等各个工业领域，同时也进入了空调、冰箱、电动汽车等日常生活领域。

按照常理来说，无刷直流电机一般是通过位置传感器来实现确定电机中转子部件的位置，但是这也会出现一个问题，安装位置传感器得不偿失、消耗巨大，使得系统成本大大提高，同时也使得相对简单的系统变得复杂。

在遇见突发情况的时候，对于特殊情况的抗干扰能力会大大降低，可靠度变低。

基于以上的问题，在文章中提出一种适应低俗运转阶段能够有效改善现有的反电势过零检测状况的新方法，它能够在高速运转阶段保护原有电路不受电势过高产生的损害。

一、反电势过零中运用到的基本原理采用的无位置传感器大多是运用了两两导通和三三导通两个工作方式。

这两种方式具有多种特点。

两两导通中采用无刷直流电机在随意的时刻都有亮相电源导通，梁歪一箱电源缠绕着出于半空中。

三三导通则是每一个逆变瞬间都使用三个功率相同的元部件来进行导电。

在文章中将使用前者方式，功率开关管着六个开关组合，每个六分之一的周期进行一次轮换，每次仅更换一个功率开关组合，每个功率开关导通的电度角为120度。

电机采用顺时针的态势时，将所使用的转子按照360度电度角进分布在六个区域中，不同区域会采用不同的功率组合。

无刷直流电机中霍尔传感器空间安放位置研究0 引言霍尔位置传感器在无刷直流电机中起着检测转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供的换向信息，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组的换向导通[1]。

初步实验结果表明，电枢反应和位置传感器的改变对霍尔检测信号影响较大，直接影响了电机绕组的换流，引起电机力矩波动从而带来噪音。

文中针对引起霍尔传感器位置检测误差的主要因素进行了分析，并且通过对样机电机的三维有限元仿真计算，得到了霍尔传感器检测漏磁场的分布，为霍尔传感器的安放位置提供了依据。

1 霍尔安放位置问题1.1 产生霍尔传感器位置检测误差的因素产生霍尔传感器位置检测误差的因素主要有以下两方面：①霍尔传感器的参数；②传感器安装位置处的磁场变化[2]。

①磁密滞环宽度开关型霍尔元件只有在检测到磁场到达某一数值时，霍尔开关接通；而磁感应强度降低到某一数值以下，霍尔开关断开，因此输出信号的过零点与磁密过零点并不重合。

而这些事件的触法点叫吸合点和释放点。

开关型产品一般都给出吸合点和释放点的最大和最小磁感应强度，保证在最大吸合点和最小释放点所有开关接通或断开，但某一开关可能在这两个极限值之内吸合或释放。

虽然某些产品不给出某一元件在两极限值之内的具体切换点，但保证有最小滞环，这一特性使得输出信号不会因为输入信号的微小波动而发生错误的跳变，以防抖动。

实际应用中霍尔传感器的输出信号与绕组反电势之间期望的相位关系只能在一个方向上实现[3]。

在另一个方向上将出现位置检测误差，如位置误差值为磁密滞环宽度，等于二倍的磁密门槛值；式中s 是从0 到D 值之间磁密随转子转角的平均变化率。

如果传感器敏感的磁密按幅值为0.3T 的正弦函数变化，霍尔传感器的门槛值为0.01mT，则在一个电周期内位置误差为θ = arcsin（2*0.01/0.3）=3.85° 。

由式(1)可知，霍尔检测位置误差值可以通过选择滞环宽度小的霍尔传感器或者通过合理的计算安装位置处的磁密来选择合适的安装位置以获得高的磁密的变化率来进行抑制。

电位代表了位置信息， 调速范围可达到 ５０～ ０ ０ ７５０
ｒ ｍｉ ／ ｎ。
较法 、 电势积 分及 锁 相 环法 。由于 反 电势 幅 值 与 反 电机转速 成正 比 ， 因此 反 电势 法都 不 适 合 于低 速 范
围。而 目前广泛 采用 的开 环起 动 技术 ， 的成 功 实 它 现与负载 转矩 、 电机 参 数 、 外施 电压 、 速 曲线 等诸 加
也 能有效 地检测 出转 子位置 。
低 系统 的可靠 性 或 者根 本 无 法安 装 。因 此 ， 实现 无
位置传 感器 的无刷 直流 电动机控 制成 为近年来 无刷 直 流电动 机发展 的重要方 向之一 。 目前 ， 多数 无刷 直 流 电动 机无 位 置传 感器 控 大 制都 采用反 电势 检测 法 和开 环起 动技 术 （ 又称 三段 式起 动法 ） 。反 电势 法 是 迄今 为止 最 成 熟 、 常 最 见 的转子位 置信 号检 测 方法 ， 应 用 上具 体 地 可分 在 为三种 ： 电势过 零点法 、 电势积分 及参考 电压 比 反 反
维普资讯
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触 持电棚 ２ ８ 第 期 ０ 年 ９ ０
无刷 直 流 电动机 无 位 置 传 感器 技 术 的新 发展
吕鲁莹 ， 陈敏祥
（ 江 大学 ， 江 杭 州 ３ ０２ ） 浙 浙 １０ ７ 摘 要 ： 绍 了几 种 无 位 置 传 感 器 无 刷 直 流 电动 机 的转 子 位 置 信 号 检 测 方 法 的 新 趋 势 ， 论 述 了它 们 的 基 本 原 介 并
ｅ ｔ ｄ Ｔｈｅ ｐ ｉｃ ｐｅ ｆｎ ｗ ｔｏ ｒ ｅ ｃｉ ｅ ａ ｄ ｔ ｅｒｆ ａｕ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｎｄ ｄ ｓ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｗｅ ｅ ｃ ｍｐａｅ ｎｅ ． ｒｎ ｉ ｌｓ ｏ ｅ ｍｅｈ ｄｓｗｅ ｅ ｄ ｓ ｒｂ ｄ， ｎ ｈ ｉ ｅ ｔｒ ｓ， ｄ ａ ｔｇ ｓ ａ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｒ ｏ ｒｄ．

１ ０ ２ ３ ０ ０ ）
摘 要 针对 无位 置传 感 器 无刷 直流 电机控 制 系统 进行研 究 分析 ， 采用在 Ｐ Ｗ Ｍ关断 时刻 进行反 电动 势检 测 ， 从 电机 端 部获 得反 电动势 过零 点信 号 ， 提 高 了位 置检 测 的准 确性 和 实 时性 ， 拓展 了电机 的调速 范 围。对 提 出的位 置检 测方案 进 行了仿真和实验研究 ， 结果表明 ， 所提 出的方案具有较好的实用价值。 关键 词 无刷 直 流 电机 ； 反 电动势检 测 ； 无 位置 传感 器 ； Ｐ Ｗ Ｍ控制 中 图分 类号 ： Ｔ Ｍ ３ ０ １ 文献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ 卜７ ５ ９ ７（ ２ ０ １ ３ ）２ ０ — ０ １ ３ ９ 一 Ｏ １
： ０ ０ Ｉ ｏ
本 文 采用 直 接 反 电动 势 过零 检 测 。该 方 法采 用 上桥 臂 Ｐ ｗ Ｍ ， 下 桥 臂 恒 通 的策 略 ， 在上桥臂 Ｐ Ｗ Ｍ关 断 时 检 测 反 电动 势 信 号 。 由于 是 在 Ｐ Ｗ Ｍ关断 的期 间进 行 过 零检 测 ，因此 不 含 有 高频 噪 声 的干 扰 ， 可 以得 到准 确 过零 点 。检 测 到反 电动势 过 零 点后 ， 延 迟３ Ｏ 。才 是 我们 需要 的 电机换 相 点 。无 刷直 流 电机 的启动 方 式 采 用 三 段式 启 动 技 术 ： 转 子 定位 、 加速 运 行 和 自同步 切换 。通 过 程 序 选 择预 定 的两相 绕 组 导 通 ，以 Ｐ Ｗ Ｍ控 制绕 组 电流 ， 让 转 子 转 到 预定 位 置 附 近 。利 用 Ｐ Ｗ Ｍ控 制 对 其 占空 比进 行 调节 ， 提 高 电机 外 部 施 加 的 电压 值 ， 直 到 可 以检 测 到 反 电动 势 过 零 点 。 当可 以检 测 到 连 续 的反 电动 势 过 零 点后 ， 电机 就 可 以切换 到 自

ｗａ ｄ ａ ｋ ｎ ｆｈ ｒ ｗ ｒ ｅ ｉｎ ｗ ｉｈ ｃ ｎ ｃ ｍｐ ｅｅｙ ｒ ｐ ａ ｅ Ｈａｌｐ ｓ ｉ ｎ ｓ ｎ ｏ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｖ ｒ ｏ ｈ ｒ ｉ ｄ ｏ ａ ｄ ａ ｅ ｄ ｓｇ ｈ ｃ ａ ｏ ｌｔ ｌ ｅ ｌｃ ｌ ｏ ｉ ｏ ｅ ｓ ｒｉ ｒ ｅ ｏ ｏ ｅ ｃ ｍｅ ｔｅ ｔ ｓ ｏ ｔ ｏ ｎ ｓｏ ａ ｉ ｏ ａ ｅ ｓ ｒｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ｔ ｇｅ ，ｓ ｃ ｓｌ ｒ ｅ ａ ｕ ｔ ｆｃ ｌｕ ａ ｉｎ， ｌｗ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｈ ｒ ｍｉｇ ｆｔ ｄｔ ｎ ｌｓ ｎ ｏ ｌ ｓ ｏ ｔ ｒ ｅ ｉ ｓ ｕ ｈ ａ ｇ ｍｏ ｎ ａ ｃ ｌ ｔ ｃ ｒ ｉ ｏ ｓａ ａ ｏ ｏ ｏ ｅｉ ｉ ｔ ， ａ ｉ ａ ｄ ３ 。ｓ ｆ ｒ ｅａ ｓ ｎ ０ ｏｔ ｅ ｄ ｌ ｙ ．Ａｔ ｈ ａ ｍｅ ｈ ｓ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｃｒ ｕ ｔ ｓｄ ｓ ｎ ｄ ｔ ｖ ｒ ｏ ｅ ｐ ｏ — ｗａ ｅ ｓ ｍｅｔ ，ａ ｐ ａ ｅｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｉ ｉ ｗａ ｅ ｉ ｅ ｏ ｏ ｅ ｃ ｍｅ ｔ ｒ ｂ ｔ ｉ ｏ ｃ ｇ ｈ
摘
２２１） １０３
要 ：针对传统无传感器控制策略计算量大 、可靠性不高 、３ 。 ０ 软件延 时等 缺点 ，基 于无刷 直流 电机反 电势过零
检测 的原理 ，分析 了三相端 电压与中性点的关 系 ，提出一种 可完 全替换 ３相霍尔位 置传感器 的硬 件设计方案 ，实 现
电机 的无传感器运行 。同时在硬件电路中设计了相位 自补偿电路 ，克服以往传统方 法相位补偿不 准确 ，电机无法稳
ｌ ｍｓ ｔ ａ ｈ ｈ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔｔ ｅ ｐ ａ ｅ ｃ ｍｐｅ ｓ ｔ ｎ ｉ ｏ ｃ ｕ ａ ｅ ａ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｏ ｆ ｃ ｅ ｔｙ ｒ ． Ｄｅ ｅ ｏ ｅ ｒ ｔ— ｎ ａ ｉ ｓ ｎ ｔａ ｃ ｒ ｔ ｎｄ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｎ ｔｅｆ ｉｎ ｌ ｕｎ ｏ ｉ ｖ ｌｐ ｄ ａ ｐ ｏ ｏ ｔｐ ｌ ｔ ｒ ｂｙ ＣＹ８Ｃ２ ３ ｒｃ ｎ ｒｌｃ ｐ ａ ｄ ｄ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ，ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓ ｖ ｒｆｅ ｈ ｔｔ ｙ ｅ ｐ ａ ｆ ｍ ｏ ４５ ３ ｆ ｏ ｔｏ ｈｉ ｎ ｏ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｏ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｅｉ ｄ ｔ ａ ｈｅ ｉ

护程 序 ，旁路 电阻 Ｒ ７主要 用来 对 电路 电流 进行 采
作吉简介：庄乾成 （９ ７ １７ 一） ，男，讲 师，硕士研究生 ，研究方向为智能仪器与测控技术 。 ［ ８ 第３ 卷 ９１ ３ 第８ 期 ２ １— （ ） ０１ ８下
ｌ
匐 化
图 ２ 无刷 直 流 电机 驱 动 电路 示 意 图
个 周期 转动 。
Ｂ
１ 无刷直流 电动机 工作原理
无 刷 直 流 电动 机 控 制 分 为 全 桥 式 和 半 桥 式 ， 而按 电机 绕 组 结 构 分星 型 和三 角形 ，全桥 星型 接 法 的 电动 机 有 转 矩 脉 动 小 ，输 出转 矩 大 特 点 ， 因 此 本 设 计 采 用 三 相 全 桥 星 型 电 机 ，如 图 ｌ所 示 ，
为 ５０ ０ ｍＡ，具 有 电流 放 大 和过 电流 保 护 功 能 ，同
管 有 ６种 触 发 状 态 ，每 次 只 有 两 只 管 子 导通 ，每
隔 １ ／ 期 （０ ６周 ６ 。）电角度 换 向一 次 ，每 次换 向一
个 功 率 管 ，每 一 个 功 率 管 导 通 １０ 电 角度 ，所 ２。
样 ，阻值 为 ４ Ｑ， 转 化为 电压 信 号后 需 经过 放大 ８ 其
一
无 刷 直 流 电 动机 通 过 位 置 检 测 电 路 检 测无 刷 直 流
图 １ 三 相 பைடு நூலகம் 型 全桥 驱动 电路 模 型
电动 机端 电 压 ，经 微 处 理 器 运 算 后得 到 电机 转 子 的 位 置 信 号 ，再 由驱 动 电 路 按 转子 位 置 信 号 轮 流 导 通 功 率逆 变桥 的六 个 功 率 管 ，以实 现 电机 三 相 绕 组 的通 电 ，三 相 桥 式 星 型 结构 的无 刷 电机 任 意 时 刻 两 相 绕 组 导通 ，第 三 相 处 于 悬 空 状 态 ，功 率

一、介绍BLDC电机（Brushless DC Motor）是一种无刷直流电机，它采用永磁体和电子元件来实现换向。

为了准确控制电机的转速和位置，通常需要使用霍尔传感器来检测转子的位置。

在本文中，我们将讨论如何利用霍尔传感器来计算BLDC电机的位置，以便实现精准的控制。

二、BLDC电机的工作原理1. 基本结构BLDC电机由定子和转子组成，其中定子上安装有绕组，用来产生磁场。

而转子上则安装有永磁体或者电子式永磁体。

转子上的永磁体通过控制器产生的交变磁场来进行换向，从而驱动电机转动。

2. 霍尔传感器为了确定转子的位置，通常在电机的定子上安装三个霍尔传感器，它们均匀分布在电机的周围，并与转子上的永磁体对准。

当转子旋转时，霍尔传感器可以检测永磁体的位置，并将此信息反馈给控制器。

三、霍尔传感器位置计算的原理1. 传统方法传统的霍尔传感器位置计算方法是通过检测霍尔信号的变化来确定转子的位置。

通过对霍尔信号进行脉冲计数，可以确定转子的位置，但是这种方法存在精度不高，响应速度慢的缺点。

2. 电子换向方法电子换向方法是一种新的转子位置计算方法，它通过对霍尔信号进行处理，可以准确快速地确定转子的位置。

通过采集霍尔信号的变化，结合预先存储的转子位置信息，控制器可以实时计算出转子的位置，并相应地进行换向控制。

四、实际应用随着电机控制技术的不断发展，电子换向方法已经被广泛应用于BLDC 电机控制系统中。

通过使用电子换向方法，可以大大提高电机的控制精度和响应速度。

电子换向方法还可以减少霍尔传感器的数量，降低系统成本。

五、总结BLDC电机的位置控制对于实现精密控制和高效运行至关重要，而霍尔传感器位置计算方法则是实现精准控制的关键。

通过使用电子换向方法，可以提高转子位置计算的精度和响应速度，从而实现更加精准和高效的电机控制。

随着技术的不断进步，相信电子换向方法将会在BLDC电机控制领域发挥越来越重要的作用。

六、电子换向方法的优势1. 精度高相比传统的脉冲计数方法，电子换向方法能够更精确地确定转子的位置。

Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｄｒｃ ｒｕ ｏ ｔ ｌｏ ｅ ｓ ｒｅｓｂｕ ｈｅｓＤＣ ｍｏｏ ｒｓ ｎｅ ｉｐ ｐ ｒ Ｔ ｅｃ ｎｒｌ ｓｒ ｃ： ｉ ｔ ｏｑ ｅｃ ｎｒ ｆ ｒ ｎ ｏｌｓ ｒｓ ｌ ｔｒｉｐ ｅｅ ｔｄｉ ｔ ｓ ａ ｅ ｈ ｏ ｔ ｅ ｔ ｏ ｓ ｓ ｓ ｎｈ ｏ
实验 结 果表 明本文 提 出的控 制方 法有 效可行 。 关键 词 ：无刷 直流 电机 无位 置传 感 器控制 直 接转 矩控 制
中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ Ｍ３ 文献标 识码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ ．８ ２２ １ ） ０ ．Ｇ １０ ０ ３４ ６ （０ ２ ９０ ．４
制用于无刷直流 电机的研 究还存在 一定的困难 。
０ 引言
电机 的 控 制 ，本 质 上 是 对 电机 转 矩 的控 制 ，
般 来 说 ，我 们 都 是 通 过 控 制 电机 电流 来 控 制 转 矩 的 【２ 但 这 种 方 法 的转 矩 响应 速 度 相 对 来 说 较 １］ Ｉ，
一
本 文提 出 的控 制 采 用 三 三 导通 方 式 ，更 直 接
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矢量分析方 法，采用定子磁场 定 向ｌ，在 更简单 引

顾卫钢 林 明耀 李 ， ， 强 ， 张 蔚 ’
（． １ 东南大学 ， 江苏南京 ２０ ９ ２ 南京 理工 大学 ， １０ ６；． 江苏南京 ２ ０９ ３ 南通大学 ， １０ ４；． 江苏南通 ２ ６０ ） ２０ ７ 摘 要： 基于无位置传感器无刷直流电动机反电势法 的控制原理 ， 根据有 源滤波器理论 ， 设计 了采用二阶 巴特
沃斯有源低通 滤波器 的转子位置检测电路 。并详细介绍 了有 源滤波器 的结构 、 阶数和参数选择方法 ， 在此基础上 ， 对所设计 的位 置检测 电路进行 了仿真分析和实 验研究 。
关键词 ： 无位置传感器控制 ； 直流电动机； 无刷 位置检测 ； 有源 ； 低通滤波器
中图 分 类 号 ：Ｍ３ Ｔ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０４－ ０ ８ ２０ ０ ０ １ ０ １０ ７ １ （０７）７－ ０ ６— ３
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（ ） 电动势 积 分法 等 。 ｄ反 但 这 些 方法 都 没 能解 决 精确 、 可靠 以及 复 杂
・ ８・ ２ ０ 年 第 １ 《 ３ ０６ 期 电机 技 术 》
２１控制原理 ． 在一台直流 电机中， 每一个通 电相都可 以用
一
微 分 方 程表 示 。 电相 的某 相 电压 一般 可 以表 通
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研究与 交流
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无 刷 直 流 电机 无 位 置 传 感 器 的 一 种 新 型控 制 方 案
万文斌 黄夫阳
合 肥 工业 大 学 （ ３０ ９ ２００ ）
Ａ ｖ ｌＣｏ ｒ ｌＴｅ ｈｎｉ ｅ ｏ ｎｓ ｒ ｅ ｓ ＢＬＤ Ｃ Ｎｏ ｅ ｎｔｏ ｅ ｑｕ ｆＳｅ ｏ ｌ ｓ
无位置传感器无刷直流电机的驱动技术是基 于一个与速度无关 的函数 的新型位置监测技术。
磁 链 函数 在 物理 意 义 上是 与 速 度无 关 的。 了达 为 到 我们 的控 制要 求 ， 制 方程 可 由两 个监 测 定 子 控
ｓ ｌ ｅｔ ｅｐ ｏ ｌｍ ｆ ｈ ｅ ｓ ｒｅ ｓＢＬＤＣ ｍ ｏｏ ｒｖ ｓａ ｏｖ ｈ ｒｂ ｅ ｏ ｅｓｎ ｏ ｌ ｓ ｔ ｔｒｄ ｉ ｅ ｔ
２ 控制方 案的引 出
现在大多数无传感器的电机驱动技术都采用 与速度有关的反电动势。 但在静止和低速时， 电动 势 为零或 者无 法检 测到 。 因此 ， 低速 范 围内就无 在
法 使用 反 电动势 法 进 行监 测 。 当反 电动 势过 零 且 点时， 由此而 估 计到 的换 向点在 瞬 态 过程 中也 会 出现 位置 上 的误差 。 了克服 以上 的缺 点， 们在 为 我 基 于物 理 概念 的 基础 上 引入 了一个 新 的 函数 。

无感无刷电机的原理及应用1. 引言无感无刷电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种采用电子换相技术的直流电机，相对于传统的有刷直流电机具有更高的效率和更低的维护成本。

本文将介绍无感无刷电机的工作原理，以及其在各个领域中的应用。

2. 无感无刷电机的工作原理无感无刷电机是通过电调驱动器控制，其工作原理可以分为以下几个步骤：2.1 借助霍尔传感器进行定位无感无刷电机通常内置了三个霍尔传感器，用于检测转子的位置。

霍尔传感器会根据转子磁场的变化产生电信号，通过判断三个传感器输出的电信号组合来确定转子的位置。

2.2 电调驱动器进行换相控制根据霍尔传感器的输出信号，电调驱动器会根据预定的换相顺序进行相应的控制，以驱动电机正常转动。

换相顺序通常为1-3-2-6-4-5，也可以根据具体需求进行调整。

2.3 通过PWM信号控制电机转速电调驱动器通过调整PWM（脉宽调制）信号的占空比来控制电机的转速。

占空比越大，电机转速越快，反之则转速越慢。

3. 无感无刷电机的应用3.1 电动工具无感无刷电机广泛应用于各类电动工具，例如电动钻、电动螺丝刀、电动锤等。

相比传统的有刷电机，无刷电机具有更高的效率和更长的使用寿命，能够提供更强大的动力输出。

3.2 汽车和航空无感无刷电机在汽车和航空工业中也得到了广泛的应用。

如今许多新能源汽车都采用了无刷电机作为驱动力源，其高效率和低噪音的特点使得电动汽车具备与传统燃油汽车相当的性能。

3.3 家电产品无感无刷电机还被应用于家电产品中，例如洗衣机、冰箱、洗碗机等。

相较于传统的有刷电机，无刷电机在性能、噪音和能耗等方面都有较大的优势。

3.4 航空航天在航空航天领域，无感无刷电机也是不可或缺的一部分。

它们被使用在飞机中的辅助动力单元、电子推进系统和机载设备中。

由于无刷电机体积小、重量轻，且具有较高的功率密度和效率，因此非常适合航空航天应用。

3.5 其他领域应用除了上述领域，无感无刷电机还在许多其他领域得到广泛应用，如机器人技术、医疗器械、电池动力工具等。

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文FFU用直流无刷风机的无位置传感器控制技术研究摘要FFU其含义为“风机过滤单元”，它是由离心式风机、静音设备和过滤网组成的室内空气净化设备。

主要用于食品、医药、精密电子等有着高洁净度要求的厂房中，以达到实时净化空气的目的。

但是当前的FFU普遍由单相异步风机驱动，存在着能耗大并且难以实时控制转速的问题，所以考虑采用直流无刷风机取代传统的驱动方式。

同时，又因为直流无刷风机中的位置检测转置存在故障风险，所以经综合思考，本文提出了一种基于无位置传感器的直流无刷风机控制技术方案。

论文首先通过文献查阅对FFU和无位置传感器检测技术的国内外研究现状进行分析，提出了采用三段式启动法与反电动势过零点检测法相结合的转子位置检测方案。

其次，从直流无刷风机的基本结构与运行原理两个方面，简述了风机的工作原理。

随后对直流无刷风机进行了数学建模，得到了包括电压、反电动势、转矩、电枢电流和转速等表达式。

而后，本文对系统使用的三段式启动法中转子预定位、加速、状态切换三个阶段进行了原理分析，同时针对反电动势过零点检测法的基本原理、算法实现与数据提取进行了理论描述。

又由于系统的控制参数需经大量的实际调试方能得到，所以在实践过程中需要根据上述理论知识，在MATLAB/Simulink仿真平台上进行控制系统模型的设计与测试，用以验证检测算法的有效性。

最后利用TMS320F28335型DSP开发板与测试风机搭建硬件控制系统，经实验调试，硬件系统可以完成正常的启动调速过程，进一步验证了本次提出的控制方案在实际应用中的可行性。

关键词风机过滤单元；直流无刷风机；无位置传感器哈尔滨理工大学工程硕士学位论文Research on Sensorless Control Technology of DC Brushless Fan for FFUAbstractFFU has the meaning of "fan filter unit", which is an indoor air purification device composed of a centrifugal fan, a silent device and a filter net. It is mainly used in food, medicine, precision electronics and other factories with high cleanliness requirements to achieve the purpose of real-time air purification. However, the current FFU is generally driven by a single-phase asynchronous fan, which has the problems of large energy consumption and difficult to control the speed in real time. Therefore, a DC brushless fan is considered to replace the traditional driving method. At the same time, because the position detection transposition in the DC brushless fan has the risk of failure, after comprehensive consideration, this paper presents a control scheme of brushless DC fan based on sensorless sensor.The paper first analyzes the current status of domestic and foreign research on FFU and positionless sensor detection technology through literature review, and proposes a rotor position detection scheme using a three-stage start-up method and a back-EMF zero-crossing detection method.Secondly, according to the basic structure and operation principle of the DC brushless fan, the working principle of the fan is briefly described. Then mathematical modeling was performed on the brushless DC fan, and expressions including voltage, back-EMF, torque, armature current, and speed were obtained.Then, the article analyzes the three stages of rotor pre-positioning, acceleration, and state switching in the three-stage starting method used in the system. And the basic principle, algorithm implementation and data extraction of the back-EMF zero-crossing detection method are described theoretically. Because the control parameters of the system can only be obtained after a lot of actual debugging, in practice, it is necessary to design and test the control system model on the MATLAB / Simulink simulation platform based on the above theoretical knowledge to verify the effectiveness of the detection algorithm. Finally, use the TMS320F28335 DSP哈尔滨理工大学工程硕士学位论文development board and the test fan to build a hardware control system. After experimental debugging, the hardware system can complete the normal startup and speed regulation process, which further verifies the feasibility of the proposed control scheme in practical applications.Keywords Fan filter unit, Brushless DC fan, Sensorless detection哈尔滨理工大学工程硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题研究的目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 FFU国内外研究现状 (2)1.2.2 无位置传感器检测技术研究现状 (3)1.3 论文的主要研究内容 (4)第2章直流无刷风机的数学模型 (6)2.1 引言 (6)2.2 外转子直流无刷风机的工作原理 (7)2.2.1 外转子直流无刷风机的基本结构 (7)2.2.2 外转子直流无刷风机的运行原理 (8)2.3 直流无刷风机的数学模型 (10)2.3.1 电压方程 (10)2.3.2 反电动势方程 (11)2.3.3 转矩方程和运动方程 (13)2.3.4 电枢电流和转速方程 (14)2.4 本章小结 (14)第3章直流无刷风机无位置传感器控制技术 (15)3.1 风机启动阶段 (15)3.1.1 转子预先定位 (15)3.1.2 转子加速 (16)3.1.3 状态切换 (17)3.2 反电动势过零点检测法 (17)3.2.1 基本原理 (17)3.2.2 算法实现 (19)3.2.3 信号提取 (22)3.3 本章小结 (31)哈尔滨理工大学工程硕士学位论文第4章直流无刷风机控制系统的仿真测试 (32)4.1 引言 (32)4.2 基于无位置传感器检测的直流无刷风机仿真模型设计 (32)4.2.1 直流无刷风机的本体系统设计 (33)4.2.2 PID控制子系统设计 (33)4.2.3 控制电压子系统设计 (34)4.2.4 转子启动子系统设计 (35)4.2.5 PWM子系统设计 (36)4.2.6 位置检测子系统设计 (37)4.2.7 电流检测子系统设计 (39)4.3 仿真结果分析 (40)4.4 本章小结 (44)第5章基于无位置传感器的直流无刷风机控制系统设计 (45)5.1 硬件设计 (45)5.2 软件设计 (46)5.2.1 主程序设计 (47)5.2.2 启动子程序 (47)5.2.3 位置检测子程序 (48)5.2.4 转速计算子程序 (49)5.2.5 PID控制子程序 (49)5.2.6 PWM子程序 (50)5.3 实验结果分析 (51)5.4 本章小结 (53)结论 (54)参考文献 (56)攻读硕士学位期间所取得的学术成果 (59)致谢 (60)哈尔滨理工大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1课题研究的目的和意义空气质量问题与人们的生活息息相关，日常生活中空气质量不佳会引发呼吸系统疾病，影响人们的身体健康，近年来空气质量问题也越来越多地引起了人们的关注。