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发布时间：2024-01-23 07:36:40 | 作者: 雷竞技官网官方网站入口
大家对电机的认识可能就是高中课本里的交变电流章节的例子，电刷+外磁场+通电线圈。这是最经典的有刷电机。但是今天咱们谈论的是另一种更高效、性能更好的电机——无刷电机。
如图是无刷电机的等效模型。内外两个灰色的轮子一个是定子，一个是转子（具体哪个是定子哪个是转子根据电机类型不一样）。此时转子和定子是完全重合在一起的，没有扭矩的存在。
咱们定性地看，当外部的定子磁场扭转一个角度时，内部的转子会跟着旋转。这样一个时间段就存在扭矩了。
所有的电机扭矩的大小正比于内外两个磁场的叉乘，即图中围出的平行四边形的面积。可见两个磁场重合时，叉乘为0，扭矩也为0，和之前的直观认知相符合。显然，当两个磁场呈90度时，平行四边形面积最大，此时的扭矩也最大。
实际的无刷直流电机（BLDC）或永磁同步电机（PMSM）通常用三相****交流绕组线圈充当定子，永磁体作为转子。我们大家都希望通过电路控制定子绕组的输出，使之能够能产生一个大小尽可能恒定的旋转磁场，让转子和定子的扭矩达到最大值。
FOC（Field-Oriented Control），即磁场定向控制，也称矢量变频，是近几年较为主流的高效控制无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）的选择。
要得到一个恒定大小的旋转磁场很容易。当今主流的BLDC和PMSM电机定子均采用的是三相绕组，即各个绕组上的交流信号就是相位互差120°的信号。根据三相电机的结构，我们大家可以将一个恒定大小的旋转电压矢量分解到相位互差120°的方向上。如下图
从上图能够正常的看到，只要控制电机的三个绕组产生相位互差120°的大小跟着时间按正弦规律变化的3个分矢量，就能够获得我们想要的旋转磁场
然而，在实际的电机控制中，由于齿槽效应、磁通畸变等因素，电机的转矩会产生大量的波动，要一直地对控制信号做出修正。但是当电机转速较高时，电流环控制器必须跟踪频率逐步的提升的弦波信号，而且还要克服振幅和频率逐步的提升的电机反电动势。在这样的情况下，想要直接通过维持三路正弦信号得到旋转平滑、大小稳定并且从始至终保持和转子磁场方向垂直的磁场难以实现。
我们重新再回到一开始的磁场叉乘。我们得知电机的转矩只与 平行于内磁场方向（称d轴）的磁场分量 和 垂直于内磁场方向的分量（称q轴）有关（如下图）。
现在对于电机扭矩大小的控制就变成了q轴和d轴大小乘积的控制。在电机中，d轴上内磁场的大小是永磁铁产生的，是恒定的；我们对外磁场的控制实质上变成了q轴上的分量大小控制+外磁场的角度。
我们能够正常的使用编码器测量转子的内磁场角度，然后根据内磁场的角度用电机绕组产生对应的外磁场。
如上图所示，如果转子的电角度在θ1，则我们要在θ1处产生d、q轴大小的外磁场。如果转子的电角度在θ2，则我们要在θ2处产生d、q轴大小的外磁场。
我们把角度θ1的情况单独提出来，把它移到原点去，然后把x、y轴重命名为α,β。根据空间矢量的关系，我们大家可以把q、d轴的大小分解到α,β轴上。这样的一个过程是所谓的“反帕克（Park）变换”。
其实得到的结果很简单，它就是用了互差90°的正弦信号得到了大小恒定的旋转磁场。
可以大概理解为在PWM输出的基础上增加若干花里胡哨的风骚处理(￣▽￣)~*）
绕了这么多弯弯，我们终于让电机转起来了。大家看到这个地方可能会说：“这是在折腾啥？(╬￣皿￣)不还是最后转成三个相差120°的正弦信号了吗？”
我们先测量电机的3相电流。电机的信号如下图所示（把相差120°的电信号看成同一个旋转向量在三个相差120°坐标轴上的投影）
根据我们之前的理论，我们应该的是两个互差90°的磁场。这里咱们又使用一个变换，把三个分磁场变换成α、β方向上的两个分磁场。这个叫做“克拉克（Clarke）变换”。
再把α,β轴上的值映射到旋转的q、d轴上，得到此时电机实际的d值和p值。这是之前反Park变换的逆过程，“帕克Park变换”
我们把测量到的d、q轴值与我们设定的值做对比，通过PI算法消除误差，再重新通过之前的流程输入到SVPWM中，这就完成了一个闭环控制，可以对定子磁场的做动态修正了。因为控制d、q是在控制电流值，所以这个环路叫做电流环。
设置d0、q0值（目标值），经过反Park变换得到Iα和Iβ，输入给SVPWM执行
测量q、d轴的值：测量电机的相电流（测量两相，通过Ia+Ib+Ic=0得到第三相），然后通过Clarke变换得到Iα和Iβ,然后通过park变换得到q、d轴的值。
把测量到的d、q轴值与我们设定的d0、q0做对比，进行PID处理。（目标是让测量值与我们的设定值相同）
调整d、q值输出，回到1.除了电流环之外，由于d、q是直流信号， 我们通过d、q也可以更轻松地控制电机的转速和旋转位置。比如设定电机转速为1000Rpmin，编码器测得当前转速为500，同样用PID算法增大q值就可以加大扭矩，让电机的速度加快了。这个环路叫速度环，即在电流环的外面加一层，改变q、d设定值来改变速度。当然我们也能加上位置环，通过对速度的积分能够获得电机的位置，计算位置误差进行PID调整。看ヾ(✿ﾟ▽ﾟ)ノ，我们把对三相交流正弦信号的控制转换成了对直流信号d,p的控制，这样优势就出来了，很nice~
除了FOC之外，还有别的控制电机的方法，比如梯形波式控制、弦波控制等。详细的介绍可以借鉴这篇文章
简单概括，弦波式换相能让电机在低速下运转平稳，但在高速运转下效率却大幅度的降低；而梯形波式换相在电机高速运转下工作比较正常，但在电机低速运转下，会产生力矩的波动。因此，矢量控制是对无刷电机的最佳控制方式~
电机，一个简单的词汇，在实际生活中却具备大范围的应用。对于电机，我们该都挺熟悉。往期文章中，小编对有刷电机、无刷电机之间的性能差异有所探讨。为增进大家对有刷电机、无刷电机的认识，本文将对二者的接线方式加以介绍。如果你对电机相关联的内容具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。 由于换向方式不一样，有刷电机与无刷电机不但内部结构不一样，而且在接线方式上的区别也非常大。1有刷电机的接线方法有刷电机一般有正负两根引线。一般红线是电机正极，黑线是电机负板。如果将正负极交换接线，只会使电机反转，正常情况下不会损坏电机。2无刷电机相角的判断无刷电机的相角是无刷电机的相位代数角的简称，指无刷电机各线圈在一个通电周期里面线圈内部电流方向发生改变的角度。电动车用无刷电机常
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驱动系统详解 /
三相全波无刷电机的激励方式有120度激励驱动和正弦波激励驱动两种。相比120度激励驱动，三相全波无刷电机的正弦波激励驱动在控制精度、效率、噪声等方面更具优势，但在系统的复杂性和成本方面，三相全波无刷电机的矩形波驱动更胜一筹。 三相全波无刷电机的驱动： 有传感器、正弦波激励PWM驱动电路示例 正弦波激励驱动通过由高边和低边开关组成的驱动器所具备的三相控制和驱动电路来实现驱动。以下是带有传感器的正弦波激励PWM驱动的电路框图和各输入输出波形图示例。 其基本工作是将来自三个霍尔传感器的信号输入至霍尔放大器的输入端，经过波形合成的信号通过比较器和三角波转换为PWM信号，由输出段MOSFET来驱动电机的线的PWM
的正弦波激励PWM驱动 /
东京 东芝公司（TOKYO：6502）旗下半导体与存储产品公司今日宣布推出一款三相无刷电机驱动芯片 TC78B016FTG ，其可在宽范围转速下实现高效率，无需复杂的相位调整。经过优化，它适用于家用电器和工业设施中采用的小型风扇电机。样品出货于今日启动，量产计划于2016年1月启动。 家用电器和工业设施市场对节能且效率改善的器件存在持续需求。市场对降噪以实现噪音更小环境的需求也非常强烈，使得用于风扇电机控制的逆变器的应用前所未有得广泛。 传统上，提高现有产品的高效率需要针对每个风扇电机进行电机电压和电机电流相位调整。 在宽转速范围（从几乎0转/分(rpm)的启动转速到几千转/分的高转速）上实现高效率比较费时，且
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摘要： 本文介绍了一种基于参数自调整的模糊控制单片机直流无刷电动机调速系统。系统采用高性能的八位嵌入式单片微处理器PIC16C63，使硬件结构简单整洁、可靠；采用参数自调整模糊控制器，使系统具有较高的控制精度和良好的鲁棒性。 关键词： 参数自调整模糊控制 嵌入式单片微处理器 直流无刷电机调速系统引言 传统PID控制的电机调速系统技术成熟，结构相对比较简单，较稳定可靠，应用比较广泛，但也存在一些缺点，例如无法有效地克服传动对象和负载参数的大范围变化以及非线性因素对系统造成的影响，因而不能够满足高性能和高精度的要求。随着模糊控制技术的成熟，应用愈来愈普遍，人们也开始将它应用于电机调速中。使用
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