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无刷直流电机无位置传感器转子位置辨识策略摘要：无刷直流电机（BLDCM）是一种用电子换相代替机械换相的新型电机，通常采用永磁体转子，因具有功率密度高、结构简单、调速性能好等优点而得到了广泛应用。
关键词：无刷直流电机；转子位置辨识策略无刷直流电动机具有结构本身相对简单、控制系统设计方便、运行稳定、维护成本低、功率密度高、调速性好等优点，已经在伺服控制、精密电子、办公自动化、医疗器械、家用电器、电动车辆、航天航空、工业工控等行业内得到了广泛的应用。
传统的无刷直流电动机需要安装位置传感器，从而得到转子位置信号对三相绕组进行换相控制。
然而位置传感器的安装不但增加了系统自身的尺寸，使内部结构变得复杂，同时增加了成本，特别在高温、高湿等恶劣的工作环境下，传感器信号线容易受外界信号干扰，系统可靠性降低。
一、慨况无刷直流电机因其高效率、长寿命、低噪声及其良好的机械特性等优点，在航空、军事、汽车和办公自动化等行业得到了广泛地应用。
传统无刷直流电机控制系统的正常运行，需要位置传感器来确定转子相对位置。
但位置传感器增大了电机的体积和成本，维修困难，且传感器的连线较多，容易受外界信号干扰。
因此，无刷直流电机无位置传感器控制成为当前研究热点之一。
由于无刷直流电机的反电动势一般难于直接检测，因此通常采用间接方法得到反电动势过零点。
使用端电压法得到反电动势过零点，这种方法虽然结构简单，但是需要重构电机中点，滤波电路的使用也会导致检测到的反电动势过零点信号产生相移，需要额外的硬件或者软件对其进行补偿。
采用三次谐波检测反电动势的过零点，通过虚构电阻网路中点，得到三次谐波过零点与相反电动势过零点的关系。
但实际上由于电阻网路的加入，三次谐波的波形失真。
同时，对于实际的无刷直流电机，由于电机设计，漏磁的存在，反电动势波形平顶宽度往往小于120°。
二、无刷直流电动机电路拓扑及数学模型三相全桥式无刷直流电动机主电路拓扑结构框。
其三相绕组为Y型接法，假设三相绕组的反电动势波形为梯形波，三相绕组的电流波形为方波。
基于脉冲注入法实现的无刷直流电机转子位置检测摘要：本文提出了一种采用脉冲注入来检测无刷直流电机在静止状态时转子位置的方法。
基于方法依次向定子绕组注入一系列的脉冲，通过脉冲电流的变化对转子位置进行估算。
实验结果表明：该方法不但具有较高的位置检测准确性，同时对电机的参数依赖性低，可以省去电机内部的检测元件，又可以应用到其它电机。
关键词：无刷直流电机转子位置脉冲注入识别AbstractThis paper presents a method to detect the rotor position of Permanent Magnet motors at standstill by using a suitable sequence of voltage pulses. Based on this method， a suitable sequence of voltage pulses is applied to the stator windings. We can estimate the magnets position by the current variation of the pulses. The obtained results show that this method is not only efficient but also need bit of motor parameters，it can omit motor internal examination parts and may be used on other type of motors.Key words: BLDCM Rotor position Pulses injection Recognition引言近年来，由于无位置传感器无刷直流电机(BLDCM)具有调速特性好、无换向火花、无无线电干扰、效率高、寿命长、运行可靠、维护简便等优点，其应用越来越广泛。
无刷直流电机控制方法
无刷直流电机（Brushless DC Motor，BLDC）是一种基于电子换相技术来驱动的电机，它具有高效率、高功率密度、高可靠性等优点。
以下是几种常见的无刷直流电机控制方法：
1. 基于霍尔传感器的六步换相控制方法：BLDC电机通常内置三个霍尔传感器，可以用来检测转子位置。
控制方法通过监测霍尔传感器的状态，来确定哪个绕组需要通电。
该方法只需简单的逻辑门电路即可实现。
2. 无霍尔传感器的电子换相控制方法：这种方法采用传感器无关的技术，通过测量三相电流和电动势来确定转子的位置。
通常需要使用一个称为电机控制器或无刷电机驱动器来完成电子换相功能。
3. 磁场导向控制方法（Field-Oriented Control，FOC）：该方法是一种高级控制技术，通过将三相电流分解为坐标轴上的直流分量和交流分量，将电机控制问题转化为直流电机的控制问题。
这种控制方法可以提供更高的动态性能和控制精度。
4. 直流电压控制方法：这种方法基于直流电压的控制原理，通过改变电机的电压来控制电机的转速和转矩。
该方法简单易实现，但通常不能提供高精度和高动态性能。
以上仅为常见的几种无刷直流电机控制方法，实际应用中还有其他高级控制技术和方法，例如逆变器驱动技术、空间矢量调制控制等。
具体选择何种控制方法，需根据电机应用要求、控制精度和成本等因素综合考虑。
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。
一种新颖的无刷直流电机位置检测方法王大方;祝雅琦;金毅;刘智祺【摘要】为了实现无刷直流电机无位置传感器控制,提出了一种新颖的基于假中性点基波电压的检测方法.该方法比较电机断开相绕组端电压和假中性点电压的关系,通过得到两者交点直接获得转子位置信息.在H_PWM_L_ON和L_PWM_H_ON两种半桥调制方式下,无论电机处于PWM_ON还是PWM_ OFF的时刻,该方法无需改变比较对象,具有普遍适用性.理论推导证明了该方法的正确性,实验给出了该方法在不同占空比下的控制结果,验证了这种方法的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2013(028)002【总页数】6页(P139-144)【关键词】无刷直流电机;无传感器控制;基波;PWM【作者】王大方;祝雅琦;金毅;刘智祺【作者单位】哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209;哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209;装甲兵工程学院北京 10000;哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209【正文语种】中文【中图分类】TM3011 引言无位置传感器无刷直流电机的控制，因为节省了安装传感器的空间并且减少了信号线的条数，相对于有位置传感器控制方法有结构紧凑和可靠性高等优势，因此近年来无刷直流电机的无位置传感器控制已成为研究的热点，并且多种位置检测方法被提出[1-4]。
反电动势法是目前应用最广泛的无位置传感器无刷直流电机的控制方法[5-7]。
对于最常见的两相导通星形三相六状态工作方式，除换相瞬间，在任意时刻电机总有一相绕组处于断电状态。
根据断电相绕组的反电动势过零点，即可判断出电机运行状态。
通过对电角度的延时处理，即可确定换相时刻。
文献[6]中总结了各种PWM调制状态下的反电动势过零检测比较电压，并且得出了在任何调制状态下，都可以在PWM开通期间采样断开相端电压与VDC/2相比较得到反电动势过零点的结论。
但是，这种方法不适合 PWM占空比较小的情况，调速范围受到限制。
无位置传感器无刷直流电机转子位置检测传统的获取无刷直流电机转子位置信息的方法是采用电子式、机电式、光电式等位置传感器直接测量，如霍尔效应器件(HED)，光学编码器，旋转变压器等位置传感器。
然而，这些位置传感器有的分辨率低或运行特性不好，有的对环境条件敏感，如震动、潮湿和温度变化等都会使性能下降，使得整个传动系统的可靠性难以得到保证。
传感器还大大增加了电气连接线数目，给抗干扰设计带来一定困难。
略去无刷电动机的位置传感器而用其他方法检测转子的位置，是一项具有实际意义的工作，能进一步扩大无刷直流电动机的应用领域和生产规模。
无位置传感器无刷直流电机，顾名思义，就是省去了无刷直流电机中的转子位置传感器。
虽然，无位置传感器无刷直流电机不需要直接安装转子位置传感器，但在电机运转过程中，控制电机换相的转子位置信号还是需要的，因此，无位置传感器无刷直流电机控制技术的关键是架构一转子位置信号检测电路，通过软硬件间接获得可靠的转子位置信号。
就无刷直流电动机而言，目前国内外对无位置传感器无刷直流电动机做了不少的研究，提出了不少转子位置检测方法，按其原理分为以下几种：（1）利用反电势检测转子位置；（2）利用绕组电感检测转子位置；（3）利用瞬时电压的方程检测转子位置；（4）利用绕组端电压检测转子位置；（5）利用相电流检测转子位置；下面对几种典型无位置检测的方法进行比较1.1利用电机反电势信号控制电机的换向有三种检测电机反电势的方法：零交叉法、锁相环法和反电势积分法：a)零交叉法：当检测到未导通项绕组的反电势过零时，触发定时器，在定时时间结束时，逆变器实现下一个相序的换向。
该方法简单，价格便宜。
缺点是静止或低速时反电势信号为零或很小，难以准确检测绕组的反电势，因而无法得到有效的转子位置信号，系统低速性能比较差；另外，为消除干扰信号，需要对反电势信号进行深度滤波，这样造成与电机转速有关的信号相移，为了保证正确的换相需要对此相移进行补偿。
无刷直流电机转子位置的检测方法
无刷直流电机转子位置的检测方法主要有以下几种：
1. 通过传感器检测：这是最常规的方法，可以直接观察到转子的当前位置。
通常使用的是霍尔元件传感器，这是一个非常小巧的元件，对磁场的变化非常敏感，当转子旋转的时候，磁场会发生变化，霍尔元件也就能即时输出信号。
2. 通过反电势法检测：无刷电机的转子在运转的时候，不光会把电能转化成为动能，而且也同时会输出反向的电动势，通过观测转子输出的反向电动势，同样可以估算出转子的位置。
这是一种间接的手法，但目前也同样可以达到比较高的精度。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅无刷直流电机相关书籍或咨询专业人士。
一种转子位置传感器无刷直流电机速度检测方法
张益
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2015(038)005
【摘要】提出了一种利用转子位置传感器发出的信号测量无刷直流电机(BLDC)转速的方法,并设计了相应的转动方向测定电路和数字PI速度控制器模块.通过利用比例积分控制器计算半个转动周期内的两次连续测量值,结合提出的转动方向测定电路和数字PI速度控制器,可以得出具有双倍测量频率的转子转动周期的准确值.最后将提出的方法在FPGA平台进行了实现,并与真实数据的对比表明,该算法在无换向器直流电机上可以获得具有高精度及高速度频次的测速度.
【总页数】6页(P1149-1154)
【作者】张益
【作者单位】天津轻工职业技术学院电子信息与自动化学院,天津300350
【正文语种】中文
【中图分类】TM33
【相关文献】
1.无位置传感器无刷直流电机的新型转子位置检测方法 [J], 林东轩;王剑;田联房
2.一种电动自行车用无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法 [J], 杨旭;瞿文龙
3.无位置传感器无刷直流电机无硬件滤波转子位置检测方法 [J], 王大方;于知杉;金毅;朱洪彪;王明玉
4.一种新型的无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法 [J], 邹继斌;江善林;张洪亮
5.无刷直流电机无位置传感器的转子位置检测方法综述 [J], 曹少泳;程小华
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bldc反电动势过零检测方法
无刷直流电机（BLDC）的反电动势过零检测是一种用于确定电机转子位置的方法。
通过检测电机的反电动势过零点，可以确定电机转子的角度，从而实现正确的电机控制。
以下是一种常用的BLDC反电动势过零检测方法：
1. 传统反电动势过零检测方法：
- 基本原理：BLDC电机中的每个相位线圈在转子旋转时会产生反电动势。
当转子通过磁场为零的位置时，反电动势将过零。
该方法通过检测反电动势过零点来确定转子位置。
- 检测方法：使用三个霍尔传感器或者光电传感器，安装在电机的定子上，与转子上的磁极位置相对应。
传感器可以检测到磁极的通过，当检测到反电动势过零点时，可以确定转子的位置。
2. 高级反电动势过零检测方法：
- 基本原理：高级反电动势过零检测方法利用了电机的电流波形和反电动势波形之间的关系。
当电机的电流和反电动势波形交叉时，可以确定反电动势的过零点，从而确定转子位置。
- 检测方法：通过检测电机的相电流和反电动
势的波形，使用相位锁定环（PLL）或其他信号处理算法来计算反电动势的过零点。
这种方法可以提高反电动势过零检测的精度和稳定性。
无论是传统的反电动势过零检测方法还是高级的方法，都需要在电机控制器中进行相应的硬件和软件配置。
这些方法在BLDC电机控制系统中起着关键的作用，确保电机能够准确地进行控制和运行。
无刷直流电机转子位置检测的新方法作者：山东大学陈瑜黄玉王兴华要摘要：介绍了无刷直流电机无位置传感器转子位置检测的一种新方法。
该方法利用非导通相反电势逻辑电平经逻辑处理后得到一脉冲列，采用PLL锁相技术将脉冲列倍频，通过倍频电路计数器的计数值可以精确检测转子位置。
利用数字比较技术将计数值与锁存器中的预置数值比较，可以精确控制绕组电流的最佳换向时刻。
通过调节锁存器中的预置值可以方便地调节换向角，非常适用于无刷直流电机的各种控制算法。
同时该方法克服了外同步起动过程中易产生的振荡和失步现象。
通过实验证明该方法是正确的、有效的。
关键词：无刷电机；无位置传感器；检测1引言无刷直流电机运行时需要采用位置传感器检测转子磁场位置信号，以控制逆变器功率管的换流，实现电机的自同步运行。
传统的位置传感器是采用电子式或机电式传感器件直接测量，如霍尔效应器件（HED）、光学编码器、旋转变压器等。
然而，这些传感器有以下缺点：①分辨率低或运行特性不好，有的对环境条件很敏感，如振动、潮湿和温度变化都会使性能下降。
②增加了电气连接数目，给抗干扰设计带来一定困难。
③占用电机结构空间，限制了电机的小型化。
因此，无刷直流电机的无位置传感器化技术近年来日益受到人们的关注，国内外研究人员在这方面进行了积极的研究，提出了诸多方法，主要可分为反电势法、电感法、磁链法、旋转坐标系法、观测器法、卡尔曼滤波器法等［1～4］。
反电势法简单、可靠，得到了广泛应用，其它方法由于计算复杂、对参数的鲁棒性差等原因应用较少。
但反电势法的缺点是：①低速时反电势小，难以得到有效转子位置信号，系统低速性能差。
②需用低通滤波器去掉端电压中高频噪声并移相30°以满足换流要求，对滤波器要求较高，同时滤波器容易产生移相误差，而且移相误差大小与速度有关，难以补偿［5］。
③对换相角调节困难，无法控制换相角γ（超前或滞后）的大小。
④若采用外同步脉冲起动，当驱动信号由外同步脉冲驱动向内同步脉冲驱动切换时，由于切换点的相位误差易产生振荡甚至失步［6］。
针对以上问题，本文提出了一种新型转子位置检测的方法，以三相6拍运行的无刷直流电机为例，该方法利用非导通相反电势的过零检测信号，经逻辑处理后，得到一周期为60°电角度的脉冲列，利用PLL锁相技术对该脉冲列进行倍频，通过同步计数器计数值和锁存器预置数值的比较，可获得理想的换相点，从而精确控制换相时刻，且无时间延迟。
起动时，依靠对电机在最佳切换时刻，以最佳触发方式投入自同步运行，使起动过程平稳可靠。
利用数字比较技术，依靠锁存器中的不同赋值，可以灵活准确地实现换向角超前或滞后的控制，对无刷直流电机的矢量控制、弱磁控制等控制策略的实现十分方便，实验证明该方法是正确的，有效的。
2原 理无位置传感器控制无刷直流电机的系统原理框图如图1所示，电机工作于三相6拍工作方式，采用电压外环、电流内环的双闭环控制，逆变器功率管以PWM调制方式工作，控制器以MC8031为核心。
电机运行时，检测非导通相的反电势过零点，利用过零比较器将反电势信号Ea、Eb、Ec 分别转换为逻辑电平信号Va、Vb、Vc如图2所示。
采用CMOS门电路组成的脉冲倍频器如图3所示，将Va、Vb、Vc倍频后相或，得一脉冲信号H，如图2所示，此时H脉冲列周期为60°电角度，从图2中可看出t0时刻恰好a相反电势向上过零，应延时30°电角度即在t0、t1时刻的中点t4时刻开通Ta+，关断Tc+；同理在t5时刻应开通Tc-，关断Tb-；在t6时刻应开通Tb+，关断Ta+……。
可见精确确定t4、t5、t6……时刻是实现准确换流的关键，本文引入了PLL技术，利用锁相环将H脉冲信号N倍频，当倍频电路中计数器计数值等于N／2时，恰为最佳换相点。
利用数字比较器将计数器计数值与锁存器中的预置数值进行比较，且锁存器中可预置数值N／2，从而可以检出最佳换相时刻，然后调用换相子程序，实现换相过程，其误差为±0.5LSB合±30°/N角度，可见该方法对换相点的控制精确。
在无刷直流电机的矢量控制、弱磁控制中要求对电机换相角γ进行超前或滞后控制，且换相角是随运行工况而变化的时变量，因此对换相角的控制应快速准确。
若控制算法计算出的换相角为γ0（超前为正滞后为负），则换相点对应计数器的计数值M应为：将M值立即写入锁存器，则下一换相点便在超前γ0角度处换向。
可见该方法对换相角λ的控制灵活、方便、快速，满足无刷直流电机的各种控制策略的控制要求。
电机起动时，在换相子程序中首先利用软件检测外同步驱动向内同步驱动切换的指令信号，则读出Va、Vb、Vc的状态，依此判断出逆变器功率管的触发状态，发出触发脉冲；否则中断返回。
由于换向中断程序是在最佳换向时刻被触发的，所以切换点一定是最佳换向时刻，从而避免了切换过程中的振荡或失步。
同时，利用H脉冲的倍频信号SP作为位置信号，借助于恒频的时钟信号作为时钟，采用M／T法，可以方便地获得电机的转速。
3无刷直流电机位置检测的实现从图2可知，反电势信号Ea、Eb、Ec经过零比较器后，得到反电势逻辑电平信号Va、Vb、Vc，三路逻辑电平信号Va、Vb、Vc分别经图3所示的脉冲倍频器后相或，得H脉冲列，这样一个反电势周期对应6个H脉冲。
相邻H脉冲上跳沿的中点便是理想换向点。
图4为无位置传感器位置检测电路，图中锁相环CD4046和2进制串行计数／分频器CC4024构成128倍频电路，SP为倍频信号。
相邻两个H脉冲上跳沿之间被128倍频，则当计数器CC4024计数值为64时便对应最佳换向时刻。
由两片并行数字比较器CC14585构成的8位数字比较器时刻将计数器的计数值与锁存器的输出值进行比较，锁存器为8031系统扩展的一个外设端口，主要存储换相角γ对应的计数值，若将数值64存入锁存器，则每当计数器CC4024计数值为64时，数字比较器CC14585（1）的3引脚便发出一个脉冲，此脉冲作为换向中断请求信号向CPU请求中断，调用换向子程序，实现电机绕组电流的换向。
在无刷直流电机的矢量控制和弱磁控制过程中，CPU适时计算电机绕组的换相角γ，每完成1次换相角γ的计算，立即向锁存器中写入与之对应的计数值M，计数值M与换相角γ的关系为：则下一换相点便在换相角γ处换向，换向误差为±0.5LSB合±0．234°电角度，完全满足精度要求。
4测速电路的实现图5为测速电路，8253的计数器0和计数器2都工作在方式2状态。
其中，计数器0对来自CD4046的倍频脉冲SP进行计数，计数器2对来自8031ALE引脚的高频时钟脉冲fc进行计数。
D触发器74LS74用来使高频时钟脉冲的计数与倍频脉冲SP同步。
由于8253为负沿计数，故加入反相器74LS04。
8031的P1．6端给出起动和测速信号。
CPU 采用M／T法适时计算出电机的转速。
5换向子程序换向子程序的主要功能是，根据正、反转命令和反电势逻辑电平状态确定出相应的功率管开关状态。
其框图如图6所示。
在中断子程序中CPU首先读入a、b、c三相的反电势逻辑信号，然后判断电机的正反转状态（依据主程序中的正反转标志），根据正、反转状态和三相反电势逻辑状态信号查表确定逆变器的开关状态。
正、反转状态下，反电势逻辑状态信号和开关状态之间的对应关系如表1、表2所示，它们以表格的形式存入EPROM中。
6实验结果本文以1台750W、4极无刷直流电动机为样机，采用8031单片机控制，起动过程采用三段式起动，锁存器预置数值为64。
通过实验证明采用上述无位置传感器技术，电机系统起动平稳，无振动和失步现象，调整范围为150～1 500r／min，反电势与功率管驱动信号实测相位关系如图7所示，可见上述方法是正确可行的。
7结 论（1）利用PLL锁相环技术和并行数字比较技术可以精确控制换相角γ的大小，控制灵活、方便、快速，适用于无刷直流电机的各种控制策略。
（2）起动过程中，该方法可以精确实现外同步驱动到内同步驱动的切换，避免了起动过程中的振荡和失步现象。
（3）该方法中，可以利用倍频信号获得电机转速大小。
参考文献：［1］ J．C．Moreira．Indirect Sensing for Rotor Flux Pos－ition ofPermanent Magnet ACMotors Operating in aWide Speed Range［J］．Conf．Rec．IEEE IAS Ann．Mtg．1994：401－407．［2］S．Ogaswara．An Approach to position SensorlessDrive for Brushless DC Motors ［J］．IEEE Trans．Indus．Appli．1991，27（5）：928－933．［3］C．French．ControlofPermanentMagnet MotorDrivesUsing a New PositionEstimation Technique［J］．IEEE Trans．Indus．Apli．，1996，32（5）：1089－1097．［4］R．Dhaouadi，Design and Implementation of an ExitedKalman Filter for the State Estimation ofa PermanentMagnet Synchronous Motor［J］．IEEE Trans Power Electron．，1991，6（3）：494－497．［5］沈建新．反电势法检测无刷直流电动机转子位置的误差分析［J］．电工技术学报，1998，13（1）：10－14．［6］郝晓辉．无位置检测器无刷直流电机自寻最佳点切换法［J］．微电机，1998，31（1）：22－24．(end)。
