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新聞資訊

直流無刷電機(jī)的控制方式有哪些？直流無刷電機(jī)該如何控制

發(fā)布時(shí)間：2023-03-11 14:56:35
作者：川銘精工
閱讀：5079

直流無刷電機(jī)（Brushless DC Motor，BLDC）是一種高效、低噪聲、長壽命、易維護(hù)的電動(dòng)機(jī)，近年來在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。控制無刷電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其速度、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的精確控制，下面我們將重點(diǎn)講解無刷電機(jī)的控制方法。在當(dāng)今能源緊缺及苛刻環(huán)境保護(hù)規(guī)定雙重壓力下，更高效節(jié)能、更優(yōu)異動(dòng)態(tài)特性和更低運(yùn)作噪音，已變成電機(jī)控制設(shè)計(jì)方案的大勢(shì)所趨。因而，從傳統(tǒng)式交流感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)變換到在高效率、低噪音、輕量化、使用壽命等層面更具有優(yōu)點(diǎn)的直流無刷電機(jī)，也正成為電機(jī)行業(yè)追求的熱點(diǎn)。


眾所周知，3個(gè)霍爾傳感器之間的間距是120°，也有60°，每一個(gè)霍爾信號(hào)根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁極的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換。依據(jù)3個(gè)霍爾信號(hào)的情況，就能在每60°(每一周期時(shí)間有6種方式)獲得一次位置信息。假如每相的導(dǎo)通方式依照該時(shí)序進(jìn)行改變轉(zhuǎn)換，那么旋轉(zhuǎn)磁通就會(huì)按圖那樣運(yùn)行，進(jìn)而電機(jī)轉(zhuǎn)子獲得力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)。直流無刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的計(jì)算，是從當(dāng)前定時(shí)器的計(jì)數(shù)值和2π[rad]之前的定時(shí)器計(jì)數(shù)值之差得到的。定時(shí)器計(jì)數(shù)值是通過霍爾信號(hào)觸發(fā)的外部中斷獲得，在此期間定時(shí)器TAU一直進(jìn)行自由計(jì)數(shù)。這種測(cè)速方法，即使3個(gè)霍爾傳感器存在位置偏差，也同樣適用。


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1. 傳統(tǒng)控制方法


傳統(tǒng)的高速無刷電機(jī)控制方法主要有反電勢(shì)（Back EMF）檢測(cè)和霍爾效應(yīng)檢測(cè)兩種方式。反電勢(shì)檢測(cè)是通過檢測(cè)電機(jī)的反電勢(shì)來推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子位置，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。而霍爾效應(yīng)檢測(cè)則利用霍爾傳感器檢測(cè)磁極位置，以此控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。


這些傳統(tǒng)控制方法雖然簡單易行，但缺點(diǎn)也很明顯。反電勢(shì)檢測(cè)需要測(cè)量反電勢(shì)的大小，并對(duì)其進(jìn)行處理，這會(huì)對(duì)電機(jī)性能產(chǎn)生一定的影響?；魻栃?yīng)檢測(cè)需要安裝霍爾傳感器，且容易受到外部干擾，從而影響控制效果。

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2. 高級(jí)控制方法


無刷減速機(jī)廠家為了克服傳統(tǒng)控制方法的缺點(diǎn)，近年來又出現(xiàn)了許多高級(jí)的控制方法，例如磁場(chǎng)定向控制（Field Oriented Control，F(xiàn)OC）、直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control，DTC）等。


FOC主要是通過控制電機(jī)的磁場(chǎng)方向來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制。它將三相交錯(cuò)正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置、速度和轉(zhuǎn)矩。FOC算法復(fù)雜，但控制效果好，本質(zhì)上是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。


DTC算法則是采用了自適應(yīng)控制方法，通過預(yù)測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和磁極磁場(chǎng)的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流無刷電機(jī)的控制。它具有響應(yīng)速度快、精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但也需要較高的計(jì)算能力和硬件成本。

無刷帶驅(qū)動(dòng)器.png


3. 控制器選擇


針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，我們可以選擇不同的控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)BLDC的控制。一般可以使用MCU（Microcontroller Unit）或DSP（Digital Signal Processor）等芯片來實(shí)現(xiàn)BLDC的控制。


在選擇控制器時(shí)，需要考慮控制器的處理能力、控制算法的支持程度、模塊化程度和軟件開發(fā)支持等因素。同時(shí)，也需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景來確定控制器所需的輸入輸出接口、通信協(xié)議等。


4. 總結(jié)


在實(shí)際應(yīng)用中，無刷馬達(dá)的控制方法取決于應(yīng)用需求、控制器選擇和外部條件等多個(gè)因素。傳統(tǒng)控制方法簡單易行，但效果不盡人意；高級(jí)控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，但需要較強(qiáng)的計(jì)算能力和硬件成本。因此，在選擇控制方法時(shí)，需要綜合考慮各種因素，從而實(shí)現(xiàn)最佳的控制效果。



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