中心議題：

• 永磁無刷直流電機控製方法
• 新型控製係統結構綜述

解決方案：

• 單電流采樣通過DSP計算得到對應三相電流
• 通過速度位置估算電機轉子的位置和速度
• 利用PI反饋算法生成新的PWM作用於電機

直流電動機以其優秀的線形機械特性

、較寬的調速範圍
、大的啟動轉矩、控製方法較簡單等優點，在各種驅動、伺服係統中有著廣泛的應用[1]，但傳統的直流電機中的電刷和換向器由於直接接觸
、摩擦造成的磨損、火花、噪聲等是一個不可忽視的問題。

永磁無刷直流電機（PMBLDCM，以下直接簡稱為BLDCM）利用電子換向替代了機械換向，沒有磨損、火huo花hua，噪zao聲sheng大da大da減jian小xiao，目mu前qian有you著zhe大da量liang的de應ying用yong

，但dan如ru何he實shi現xian最zui低di成cheng本ben的de最zui優you化hua控kong製zhi，迄qi今jin為wei止zhi尚shang無wu完wan美mei的de解jie決jue方fang案an。本ben文wen給gei出chu了le較jiao之zhi大da部bu分fen控kong製zhi方fang法fa成cheng本ben更geng加jia低di廉lian、結構更加簡單的解決方案，並通過實驗進行了驗證。

對於無刷直流電機，控製方法的核心是獲得電機位置或速度的實時信息。目前獲得位置

、速度信息的方法有兩種：

1.依靠霍耳元件或者碼盤來獲得位置、速度信號，這種方法比較直觀簡單
，但是存在如下問題：增加了器件成本
，在無法加裝傳感器的時候無效；

2.無傳感器(Sensorless)方法，即不加裝傳感器
，目前主要有反電動勢過零檢測法、三次諧波分析法、Kalman預測法，而這幾類方法大都局限於反電動勢為梯形的BLDCM，而且有的需要加裝特別的外部電路，在一些場合下無法實現；有的算法複雜，會造成較大的實時誤差，也不是很實用。

目前一些公司如NEC，Renesas已經開發出了針對正弦反電動勢BLDCM的(de)無(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)芯(xin)片(pian)，但(dan)是(shi)價(jia)格(ge)貴(gui)，調(tiao)試(shi)繁(fan)瑣(suo)，升(sheng)級(ji)不(bu)方(fang)便(bian)是(shi)很(hen)大(da)的(de)問(wen)題(ti)。本(ben)文(wen)給(gei)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)針(zhen)對(dui)正(zheng)弦(xian)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)，控(kong)製(zhi)采(cai)用(yong)了(le)TI公司DSP芯片（TMS320LF2407A）
，核心代碼完全用C語言開發，便於調試、升(sheng)級(ji)
，同(tong)時(shi)實(shi)現(xian)了(le)很(hen)好(hao)的(de)啟(qi)動(dong)和(he)調(tiao)速(su)功(gong)能(neng)
，並(bing)對(dui)整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)了(le)最(zui)大(da)的(de)簡(jian)化(hua)
，無(wu)需(xu)加(jia)裝(zhuang)特(te)別(bie)的(de)采(cai)樣(yang)電(dian)路(lu)
，利(li)用(yong)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)電(dian)阻(zu)完(wan)成(cheng)對(dui)電(dian)流(liu)的(de)采(cai)樣(yang)。

係統結構綜述

參考圖1，本係統中通過單電流采樣
，在DSP中實現電流鑒別算法和濾波算法，得到對應的三相電流
，通過速度位置估算算法計算出電機轉子的當前位置和速度，然後利用PI反饋算法生成新的PWM作zuo用yong於yu電dian機ji之zhi上shang，完wan成cheng一yi個ge控kong製zhi流liu程cheng。這zhe樣yang循xun環huan往wang複fu，實shi現xian了le電dian機ji從cong啟qi動dong到dao正zheng常chang運yun轉zhuan以yi及ji調tiao速su的de功gong能neng，下xia麵mian將jiang分fen別bie闡chan述shu各ge部bu分fen的de原yuan理li與yu實shi現xian。
                                      
                                                  圖1BLDC控製係統示意圖

單電流采樣的實現

如圖2所示，電機的驅動采用了七段式的空間矢量法(SVPWM
，SpaceVectorPWM)，利用六個依次相差60度的基本矢量和全0矢量（與全1矢量等效），根據不同的作用時間合成按給定轉速作圓周轉動的旋轉矢量。
                                 
                                                      圖2SVPWM波形生成及單電流采樣示意圖
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從上圖中我們可以看出
，一個SVPWM周期可以劃分成七個小的時間段（此即七段法名稱的由來），butongdeshijianduanduiyingbutongdekaiguanguankongzhidianya，butongdekongzhidianyazaochenglenibiandianluzhonggonglvkaiguanguanbutongdetongduanzhuangtai，erbutongdetongduanzhuangtaizeduiyingzhebutongdedianliuliuxiang

，yincizhiyaowomenzhidaoledangqiandedianliuliuxiangzhuangtai，jiukeyicongliangcibutongshijiandecaiyangdianliu（分別對應若幹電流之和）中提取出需要的電流。

以第0扇區為例（如圖2右側所示）
，在第一次電流采樣中得到了Iu
，第二次得到了(Iu+Iv)
，由於在很短的時間內
，電流不會發生突變，這樣就可以根據(Iu+Iv+Iw=0)推算出三相電流，完成了單電流采樣(One-shuntcurrentdetection)。

這一算法簡潔明了，但也存在著一定的問題：第一，在采樣的過程中往往會引入較多的噪聲，需要進行濾波；第二，存在扇區邊界切換問題
，我們從圖2中可以看出，在旋轉矢量跨越邊界的時候，由於某一基本矢量作用時間太短會導致采樣無法完成。

這個時候，可以通過限製作用時間最小值來保證采樣過程正常進行，但這樣會使生成的正弦波發生畸變
，我們通過簡單的濾波（例如限製兩次電流采樣值的差異幅值，根據曆史值修正新值等）去掉畸變點，可以實現很好的效果。

實際采樣以及濾波處理結果如下（圖3），從圖中可以看出通過濾波達到了很好的電流檢測效果
，完全可以滿足進一步的控製需求。
                                    
                                               圖3單電流采樣電流結果(未濾波與濾波後的比較)

無位置、速度傳感器下電機控製方法詳述

這裏將從電機的初始化啟動、正常運轉和調速三個方麵敘述電機控製的全過程，並給出電機控製算法的流程圖，讓讀者更能夠從整體上了解這一控製方法。

啟動過程：由(you)於(yu)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)沒(mei)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)以(yi)獲(huo)得(de)電(dian)機(ji)的(de)實(shi)際(ji)位(wei)置(zhi)
，如(ru)果(guo)從(cong)任(ren)意(yi)位(wei)置(zhi)啟(qi)動(dong)
，可(ke)能(neng)會(hui)造(zao)成(cheng)電(dian)機(ji)反(fan)轉(zhuan)甚(shen)至(zhi)啟(qi)動(dong)完(wan)全(quan)失(shi)敗(bai)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)對(dui)電(dian)機(ji)轉(zhuan)子(zi)位(wei)置(zhi)進(jin)行(xing)初(chu)始(shi)化(hua)，即(ji)把(ba)後(hou)麵(mian)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)中(zhong)涉(she)及(ji)到(dao)的(de)轉(zhuan)子(zi)角(jiao)度(du)的(de)初(chu)始(shi)值(zhi)清(qing)零(ling)。我(wo)們(men)采(cai)用(yong)的(de)初(chu)始(shi)化(hua)方(fang)法(fa)是(shi)生(sheng)成(cheng)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)的(de)PWM脈衝序列，該序列的特點是隻作用於在某一相，最後將電機鎖定於某一磁極
，達到了初始化的目的。

正常運轉：目前我們采用TI公司的TMS320LF2407A作為控製的DSP
，該DSP本身具備PWM控製寄存器
，通過較簡單的程序就能完成前麵所述的七段法SVPWM波的輸出。

整體控製算法流程如圖4所示：
                       
                                                                 圖4控製算法流程

電機通過單電流采樣得到兩個采樣電流值，通過電流識別方法
，計算出三相電流，利用Clarke和Park變換將電流映射到d、q坐標係下
，估算出角度和速度值，通過結合了積分分離的PI控製算法，完成對電機的反饋控製，然後經過Park逆變換
，生成了新的SVPWM波，完成一次循環。這裏用到的位置、速度估算函數由於篇幅所限，將另做描述。

調速的方法：在zai電dian機ji運yun轉zhuan過guo程cheng中zhong，當dang需xu要yao調tiao整zheng轉zhuan速su時shi，我wo們men采cai用yong分fen段duan加jia減jian速su的de方fang法fa，將jiang給gei定ding目mu標biao速su度du和he電dian機ji當dang前qian速su度du之zhi間jian分fen成cheng若ruo幹gan小xiao段duan，逐zhu級ji進jin行xing調tiao速su
，從cong而er達da到dao很hen穩wen定ding的de調tiao速su效xiao果guo。

結論及進一步的工作

目前我們已經在一台92BL(1)C50-15H的BLDC上實驗成功了上述控製算法，完成了從啟動到正常運轉、加減速
、tuodongfuzaidequanbugongzuo
，dianjiyunxingpingwen

，zaoshengxiao
，shuchuzhuanjuwending。womenceshileshuangdianliucaiyanghedandianliucaiyangdefangfa
，jundadaolelixiangdexiaoguo。muqianzhengzaijinxingjiangkongzhifangfayizhidaokongtiaoyasuojishangdechangshi，yiqudechubuchenggong，xiayibujianggaijinsuanfa
，zengjiaxiebobuchanggongneng，shidianjiyunzhuangengjiapingwen，ceshiduigengduozhongxinghaodianjidekongzhi，bingkaolvjinxinggongyeshangdeyingyong。

本文創新點：采用電機保護電路電阻作為唯一的電流采樣電阻
，結合單電流采樣鑒別算法得出三相電流，實現了對反電動勢為正弦波的BLDC的無傳感器控製。