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、huohua
，zaoshengdadajianxiao，muqianyouzhedaliangdeyingyong，danruheshixianzuidichengbendezuiyouhuakongzhi，qijinweizhishangwuwanmeidejiejuefangan。benwengeichulejiaozhidabufenkongzhifangfachengbengengjiadilian、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BLDCMdewuchuanganqidekongzhixinpian
，danshijiagegui，tiaoshifansuo
，shengjibufangbianshihendadewenti。benwengeichuleyizhongxindezhenduizhengxianfandiandongshidianjidekongzhifangfa，kongzhicaiyongleTI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PWMzuoyongyudianjizhishang，wanchengyigekongzhiliucheng。zheyangxunhuanwangfu，shixianledianjicongqidongdaozhengchangyunzhuanyijitiaosudegongneng
，xiamianjiangfenbiechanshugebufendeyuanliyushixian。
                                      
                                                  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
[page]
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），不(bu)同(tong)的(de)時(shi)間(jian)段(duan)對(dui)應(ying)不(bu)同(tong)的(de)開(kai)關(guan)管(guan)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)

，不(bu)同(tong)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)造(zao)成(cheng)了(le)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)中(zhong)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)管(guan)不(bu)同(tong)的(de)通(tong)斷(duan)狀(zhuang)態(tai)，而(er)不(bu)同(tong)的(de)通(tong)斷(duan)狀(zhuang)態(tai)則(ze)對(dui)應(ying)著(zhe)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)向(xiang)，因(yin)此(ci)隻(zhi)要(yao)我(wo)們(men)知(zhi)道(dao)了(le)當(dang)前(qian)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)向(xiang)狀(zhuang)態(tai)

，就(jiu)可(ke)以(yi)從(cong)兩(liang)次(ci)不(bu)同(tong)時(shi)間(jian)的(de)采(cai)樣(yang)電(dian)流(liu)（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dePWM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

、拖(tuo)動(dong)負(fu)載(zai)的(de)全(quan)部(bu)工(gong)作(zuo)，電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)平(ping)穩(wen)
，噪(zao)聲(sheng)小(xiao)，輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)穩(wen)定(ding)。我(wo)們(men)測(ce)試(shi)了(le)雙(shuang)電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)和(he)單(dan)電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)的(de)方(fang)法(fa)，均(jun)達(da)到(dao)了(le)理(li)想(xiang)的(de)效(xiao)果(guo)。目(mu)前(qian)正(zheng)在(zai)進(jin)行(xing)將(jiang)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)移(yi)植(zhi)到(dao)空(kong)調(tiao)壓(ya)縮(suo)機(ji)上(shang)的(de)嚐(chang)試(shi)
，已(yi)取(qu)得(de)初(chu)步(bu)成(cheng)功(gong)，下(xia)一(yi)步(bu)將(jiang)改(gai)進(jin)算(suan)法(fa)
，增(zeng)加(jia)諧(xie)波(bo)補(bu)償(chang)功(gong)能(neng)，使(shi)電(dian)機(ji)運(yun)轉(zhuan)更(geng)加(jia)平(ping)穩(wen)
，測(ce)試(shi)對(dui)更(geng)多(duo)種(zhong)型(xing)號(hao)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)，並(bing)考(kao)慮(lv)進(jin)行(xing)工(gong)業(ye)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)。

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。