转矩纹波消除，电机控制总结-产品设计-韩韩H5开发

很多人都是想知道一些关于电机控制总结和一些转矩纹波消除的相关题，下面小编就为大家解说。

BLDC电机控制算法

无刷电机是自换向的，因此控制起来更复杂。

BLDC电机控制需要了解电机的转子位置和换向转向机制。对于闭环速度控制，还有两个附加要求转子速度/或电机电流测量以及用于控制电机速度功率的PWM信号。

BLDC电机可以根据应用要求使用边沿对齐或中心对齐PWM信号。大多数仅需要速度改变操作的应用都使用六个独立的边沿对齐PWM信号。这提供了最高分辨率。如果您的应用需要服务器定位、动态制动或电源反转，建议使用中心对齐的辅助PWM信号。

为了感测转子位置，BLDC电机使用霍尔效应传感器来提供绝对位置感测。这增加了电线的使用和成本。无传感器BLDC控制无需霍尔传感器，而是使用电机的反电动势来预测转子位置。无传感器控制对于风扇和泵等低成本变速应用非常重要。当使用BLDC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。

死区时间插入和补充

大多数BLDC电机不需要互补PWM、死区时间插入或死区时间补偿。唯一可能需要这些特性的BLDC应用是高性能BLDC伺服电机、正弦励磁BLDC电机以及无刷交流或PC同步电机。

控制算法

各种控制算法用于提供BLDC电机控制。功率晶体管通常用作线性调节器来控制电机电压。这种方法在驱动大功率电机时并不实用。大功率电机必须采用PWM控制，需要单片机提供启动和控制功能。

控制算法必须提供三个功能

用于控制电机速度的PWM电压

用于电机换向和换向的机构

如何使用反电动势或霍尔传感器预测转子位置

脉宽调制仅用于向电机绕组施加可变电压。有效电压与PWM占空比成正比。通过正确换向，BLDC的扭矩速度特性与以下直流电机的扭矩速度特性相同可变电压可用于控制电机速度和可变扭矩。

功率晶体管的换向允许定子上的适当绕组根据转子位置产生扭矩。在BLDC电机中，MCU必须知道转子的位置并能够及时对其进行换向。

BLDC电机的梯形换向

无刷直流电机最简单的方法之一是使用梯形换向。

图1BLDC电机梯形控制器的简化框图。

在此示意图中，电流一次通过一对电机端子进行控制，而第三个电机端子始终与电源电气断开。

大型电机中内置的三个霍尔器件用于提供数字信号，测量60度扇区内的转子位置，并将此信息提供给电机控制器。由于每次两个绕组中的电流量相同，而第三个绕组中的电流为零，因此该方法只能产生六个方向之一的电流空间矢量。当电机旋转时，电气开关每60度对电机端子中的电流进行整流和反转，因此电流空间矢量始终最接近90度相移的30度。

图2梯形控制换向期间的驱动波形和扭矩。

因此，每个绕组中的电流波形图案是梯形的，从0开始，随后是正电流，然后是0，然后是负电流。

这会产生一个电流空间矢量，随着转子旋转，该矢量在六个不同方向上移动，接近平衡旋转。

在空调和冰箱等电机应用中使用霍尔传感器并不是一个可持续的选择。使用在单独的绕组中感应的反电动势传感器可以实现相同的结果。

由于控制电路简单，这些梯形驱动系统非常常见，但在换向期间会遇到扭矩脉动题。

BLDC电机的正弦换向

梯形换向不足以提供平衡和精确的无刷直流电机控制。这主要是因为具有正统反电动势的三相无刷电机产生的扭矩由以下等式定义

轴扭矩=Kt[IRSino+ISSino+120+ITSino+240]

在

o是转轴的电角度。

Kt是电机的扭矩常数。

IR、IS和IT是相电流。

如果相电流为正弦波IR=I0Sino，IS=I0Sin+120o，IT=I0Sin+240o

您得到的结果轴扭矩=15I0Kt，一个与轴角度无关的常数。

正弦换向无刷电机控制器致力于驱动三个电机绕组，并且随着电机旋转，三个电流平滑地变为正弦波。选择这些电流的相对相位以产生在与转子正交的方向上不变的静止转子电流空间矢量。这消除了与北向转向相关的扭矩脉动和转向脉冲。

当电机旋转时，要对电机电流进行平滑的正弦调制，需要精确测量转子位置。霍尔器件仅提供转子位置的粗略计算，不足以达到目的。因此，需要来自编码器或类似设备的角度反馈。

图3BLDC电机正弦波控制器的简化框图。

绕组电流必须组合起来才能产生平滑、恒定的转子电流空间矢量，并且每个定子绕组都相距120度，因此每个线圈中的电流必须是正弦波且相移120度。编码器的位置信息用于合成两个正弦波，它们之间有120度的相移。然后将这些信号乘以扭矩命令，以便正弦波的幅度与所需的扭矩成正比。结果，两个正弦电流命令被适当地定相以产生沿正交方向旋转的定子电流空间矢量。

正弦电流命令信号输出一对P-I控制器，调节两个适当电机绕组中的电流。第三转子绕组中的电流是受控绕组电流的负和，并且不能单独控制。每个P-I控制器的输出被馈送到PWM调制器，然后馈送到输出桥和两个电机端子。施加到第三电机端子的电压是由施加到前两组电线的信号在三个间隔120度的正弦电压上的负和得出的。

结果，实际输出电流波形精确跟踪正弦电流指令信号，所得电流空间矢量旋转平滑、定量稳定且位于所需方向。

一般情况下，通过梯形换相转向无法可靠地控制正弦换向转向结果。然而，由于它们在低电机速度下非常高效，因此它们在高电机速度下分离。这是因为随着速度增加，电流返回控制器必须跟踪频率增加的正弦信号。同时，必须克服电机的反电动势，其幅度和频率随着速度的增加而增加。

P-I控制器的增益和频率响应有限，因此电流控制环路的时变干扰会在电机电流中引入相位滞后和增益误差，速度越高，误差越大。这会扰乱当前空间矢量相对于转子的方向，导致正交方向上的位移。

在这种情况下，一定量的电流可以产生较小的扭矩，因此需要更多的电流来维持扭矩。效率降低。

随着速度的增加，这种下降仍在继续。在某个时刻，电流的相移超过90度。当这种情况发生时，扭矩减小到零。组合正弦曲线是不可能实现的，因为此时的速度会导致负扭矩。

交流电机控制算法

标量控制

标量控制或V/Hz控制是控制命令电机速度的简单方法。

命令电机的稳态模型主要用于技能获取，因此不可能实现瞬态性能。系统中不存在电流环路。为了控制电机，三相电源仅改变幅度和频率。

矢量控制或磁通导向控制

电动机的扭矩随着定子和转子磁场的变化而变化，当两个磁场彼此垂直时达到最大值。在基于标量的控制中，两个磁场之间的角度发生显着变化。

矢量控制再次在交流电机中创建了正交关系。为了控制扭矩，每个装置都从产生的磁通量产生电流，以实现直流电机的响应能力。

交流指令电机的矢量控制与离散励磁直流电机的控制类似。在直流电机中，励磁电流IF产生的磁场能量F与电枢电流IA产生的电枢磁通A正交。这些磁场是稳定的并且彼此分离。因此，当控制电枢电流来控制扭矩时，磁场能量不受影响，并且实现更快的瞬态响应。

三相交流电机的磁场定向控制FOC涉及模仿直流电机的运行。所有控制变量都通过数学变换转换为直流而不是交流。其目的是独立控制扭矩和磁通量。

FOC的通量导向控制有两种方法。

直接FOC:转子磁场方向转子磁通角直接通过磁通观测器计算。

间接FOC:转子磁场方向通过估算或测量转子速度和转差来间接获得转子磁通角。

矢量控制需要了解转子磁通的位置，可以使用先进的算法使用交流感应电机的动态模型使用端子电流和电压的知识来计算转子磁通的位置。然而，从实施的角度来看，对计算资源的需求至关重要。

矢量控制算法可以通过多种方式实现。前馈技术、模型估计和自适应控制技术都可以用来提高响应和稳定性。

交流电机的矢量控制深入了解

矢量控制算法的核心是两个重要的变换Clark变换、Park变换以及它们的逆运算。克拉克和帕克变换允许转子电流由转子面积控制。这使得转子控制系统能够确定应提供给转子的电压，以在动态变化的负载下最大化扭矩。

克拉克变换克拉克数学变换将三相系统修改为两个坐标系。

其中，Ia和Ib是正交基准的分量，Io是非关键共面部分。

图4三相转子电流与旋转参考系统之间的关系。

Park变换Park数学变换将双向静态系统转换为旋转系统矢量。

两相、坐标系表示通过Clarke变换计算，然后输入矢量旋转模块，在矢量旋转模块中它们旋转角度以拟合附加到转子能量的d、q坐标系。根据上式，实现了角度的变换。

交流电机励磁矢量控制的基本结构

Clarke变换使用三相电流IA、IB和IC，将固定坐标定子相中的这两个电流转换为Isd和Isq，成为Park变换d、q的分量。利用电机磁链模型计算出的电流Isd、Isq和瞬时流动角来计算交流感应电机的电气扭矩。

图2矢量控制交流电机的基本原理

这些导出值与参考值进行比较并由PI控制器进行更新。

基于矢量的电机控制的独特优势在于，可以使用相同的原理选择合适的数学模型来分别控制不同类型的AC、PM-AC或BLDC电机。

BLDC电机矢量控制

BLDC电机是磁场定向矢量控制的首选。采用FOC的无刷电机可以实现更高的效率，最高效率可以达到95，电机即使在高转速下也非常高效。

步进电机控制

步进电机控制通常采用双向驱动电流，通过顺序切换绕组来实现电机步进。一般此类步进电机有三种驱动顺序

1个单相全步驱动

在此模式下，绕组按AB/CD/BA/DCBA的顺序通电。这意味着绕组AB沿相反方向通电。该序列称为单相全步模式或波驱动模式。任何时候只有一级通电。

两个两级全步驱动器

在此模式下，两个级同时供电，因此请转至

一、电四轮电机编码器坏了的现象？

。

1、编码器本身故障指编码器本身的元件出现故障，导致无法产生并输出正确的波形。在这种情况下，必须更换编码器或修理内部元件。

2、编码器连接电缆故障此类故障发生概率最高，在维修时也经常发生，应优先处理。通常，编码器电缆开路、短路或接触不良，在这种情况下必须更换电缆或连接器。必须特别小心，确保电缆不会松动，导致焊接或断路，在这种情况下必须拧紧电缆。

3、编码器+5V电源压降这表示+5V电源太低，通常不低于4-75V。电压低的原因是由于电源故障或高电阻造成的损失。这是传输线的题，这种情况需要维修电源或者更换传输线。

4、绝对编码器电池电压下降这种错误通常有明确的报警，此时必须更换电池。如果参考点位置记忆丢失，必须执行返回参考点操作。

纹波电机和霍尔电机是两种常见的电机类型，最大的区别在于驱动原理。纹波电机利用感应电流原理产生磁场来驱动电机，而霍尔电机则利用磁铁或电磁铁产生的磁场作用于霍尔元件，产生信号来控制速度和方向。发动机。从性能上看，霍尔电机调速范围宽、精度和控制性能高，而脉动电机则具有启动扭矩大、重量轻、价格低等优点。波纹电机适用于需要轻负载和低速旋转的应用，例如家用电器中的电动玩具。霍尔电机广泛应用于工业控制、自动化加工、医疗设备等高精度、高负载的应用领域。