电机控制器技术，电机驱动与控制技术详解-产品设计-韩韩H5开发

很多人都想知道电机驱动与控制技术详解和电机控制器技术的题，下面让小编详细讲解吧！

随着通信技术的发展，智能控制逐渐成为电机领域的热门话题，我们生活中使用的全自动洗衣机、自动窗帘等都在传输智能信号，电机控制也趋于简单化、智能化。FPGA、DSP等技术日益融入汽车产业链。本期，您将通过小编学习电机驱动与控制的核心知识。

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电机控制——FOC和SVPWM

好久没有和大家分享新知识了。我目前在长沙一家汽车控制公司实习，职位是嵌入式软件。由于公司要求我了解FOC方面的知识，所以我打算下班后学习一下。以下是我对FOC研究的笔记和理解，愿与大家分享。

下图展示了学习FOC所需的基础知识。

有了这些基础知识，我们再来看看有刷电机和无刷电机。我想我们都玩过有刷电机，就是我们小时候四驱赛车用的电机，是通电就旋转的电机。无刷电机则不同。我不知道你是否使用过飞控设备，但是其中使用的电机都是无刷电机。下面两张图可以帮助您对有刷电机和无刷电机有一个大概的了解。

图1有刷电机

图2无刷电机

由于本文主要讨论无刷电机的FOC，因此我不会详细介绍有刷电机的原理。直流电机的基本模型基于异极相吸、同极相斥的原理和右手螺旋定律，其中中心的永磁体施加扭矩并根据两者的作用而旋转电磁铁。这就是电机驱动的基本原理。

图3

了解了电机驱动原理后，我们来看一个简单版本的无刷电机三相两极内转子电机。

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两种方式逆变器控制电机运行

将电源线连接到变频器主电路后，要控制电机运行，必须将外围控制电路连接到相关端子，并将变频器的启动方式参数设置为外部操作模式。

变频器控制电机运行的常用方式有两种开关控制和继电器控制。

1.由开关控制的正向控制电路

开关控制旋转控制电路如下图所示，依靠与变频器STF端子相连的外部开关SA的手动操作来控制电机正转。

开关控制方式

电路工作原理解释如下

1、启动准备按下按钮SB2，接触器KM线圈得电，KM常开辅助触头与主触头闭合，常开辅助触头闭合并锁定，KM线圈得电并自锁，KM变频器已连接到主电源，由于已连接到电源，因此主触点闭合。

2、正转控制按下变频器STF端子的外部开关SA，STF和SD端子接通，对应STF端子输入正转控制信号。变频器U、V、W端子输出正向电源电压，驱动器使电机正向运行。通过调节端子外部电位器R，使变频器的输出电源频率发生变化，电机转速也随之变化。

3、变频器异常保护当变频器运行中出现异常或故障时，变频器B端子与C端子之间内部等效常闭开关断开，接触器KM线圈失电，KM主触点断开，堵转时给逆变器输入电源，以保护逆变器。

4、控制停止当变频器正常运行时，关闭开关SA，断开STF、SD端子，变频器停止功率输出，电机停止。

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直流电机的EMI分析与设计

关于直流电机的电磁兼容题，带有换向空气的直流电机在电机运行过程中通常会产生一定的电磁干扰。

直流电动机或直流发电机工作时，随着电枢绕组装置从一点进入另一点，电路中电流和电动势的方向发生变化，引起绕组中电流方向变化的原因是方向的改变是通过由偏转器和刷子组成的机械装置来完成的。不良的换向条件会导致电刷中形成火花。火花放电引起的电磁干扰具有非常宽的频谱，其强度根据火花放电的水平而变化。注意直流电机换向时，换向器和电刷之间产生的火花是最直接的电磁干扰源！

A、首先我们来分析一下下面换向电机的简单内部结构直流驱动电机直流驱动风扇

如图所示，换向器与绕制碳刷的接触面就是电流突变的交点。结果是传导反射和辐射发射！

直流电动机在换向过程中，当电枢绕组部分中的电流方向发生变化时，存在电抗电动势和电枢反作用电动势，它们的方向与电枢电流的方向一致，因此它们总是干扰绕组中的电流。改变换向元件会延迟换向过程并产生电磁火花！

如图所示，直流风扇的内部结构在换向器和绕组碳刷的接触面上也有电流火花点。这会导致传导反射和辐射发射。

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电机控制的过去和现在

1、电机基本说明

电机俗称“电机”，是一种根据电磁感应定律转换或传递电能的电磁装置。包括电动机和发电机。电动机在电路中用字母M表示，其主要作用是产生驱动扭矩，作为电器或各种机器的动力源；发电机在电路中用字母G表示，其主要作用是将机械能转化为电能。

电机控制控制电机的启动、加速、运行、减速和停止。

2、电机分类

1直流有刷电机

有刷直流电机，简称BDC，因其结构简单、易于控制、价格低廉以及优异的平稳运动和调速性能而被广泛应用于各种动力设备中，广泛应用于从玩具到电子产品的各种动力设备中。有。按钮调节装置可用于汽车座椅、印刷机和其他生产机器。^

来自直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁扭矩，引起电机旋转并驱动。加载。

2个步进电机

步进电机是将电脉冲转换为角位移的执行器。更一般地说，当步进驱动器接收到脉冲信号时，它驱动步进电机沿设定方向旋转固定角度。通过控制脉冲数可以控制电机的角位移，实现精确定位，也可以通过控制脉冲频率来控制电机的速度和加速度，实现调速。

3个伺服电机

伺服电机广泛应用于各种控制系统中，可以将输入的电压信号或脉冲数转换成电机轴的机械输出并关闭控制元件以达到控制目的。伺服电机系统如下图所示。一般来说，扭矩必须能够由控制器的电流输出来控制，电机必须具有响应快、体积小、控制力小的特点，伺服电机主要应用于各种运动控制系统，特别是跟随向上。系统。

伺服电机分为直流和交流两种，第一种伺服电机是一般的直流有刷电机，当控制精度不高时，采用一般的直流电机作为伺服电机。目前，随着永磁同步电机技术的快速发展，伺服电机大多以交流永磁同步伺服电机或直流无刷电机为代表。

4个无刷直流电机

无刷直流电机[BLDCM]是在有刷直流电机的基础上发展起来的，但驱动电流完全是交流的。一般无刷电机的驱动电流有梯形方波和正弦波两种类型，方波驱动型称为无刷直流电机（BLDC），正弦波驱动型称为永磁同步型。电机神机PMSM，这实际上是一个伺服电机。^

无刷直流电机与伺服电机具有类似的优点和缺点。BLDC电机比PMSM电机便宜，驱动控制方法简单.

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案例分析主流步进电机空闲时间半流控制方案

步进电机是将电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的电机，常见于医疗设备、计算机外围设备和存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。耻辱。国内外芯片厂商也竞相占领这个市场，越来越多的驱动芯片出现供应用工程师选择，工程师可以根据厂商提供的规格轻松设计出适合自己需求的应用驱动程序即可。

目前市场上主流的驱动芯片只需要很少的IO口就可以精确控制电机。

当引脚21nENBL输入为低电平时，引脚22STEP输出PWM，电机即可运行。使用过程中出现题。当nENBL使能时，无论STEP是否有输出，系统都将处于全电流状态。这是因为当nENBL输入为低电平时，内部H桥输出被激活。我希望如果STEP有脉冲输出，电流输出就正常，如果STEP没有脉冲输出，电流可以大大降低。有人想到当电机停止时将nENBL拉高，但这是不可能的，如果将nENBL拉高，电机将解锁并且扭矩将丢失，即使电流为零。

让我们看看VREF引脚12和13。这两个引脚通常通过可调电位器连接到电源。电压除以VREF决定驱动器提供给负载的电流；负载电流越大，电机输出的扭矩越大。回到我们的需求，我们可以把题转化为如果STEP有脉冲输出，则除以VREF的电压更大，提供满足负载正常工作的输出电流，如果STEP没有脉冲输出则分压电压一个脉冲输出。VREF较小。您只需提供较小的电流即可确保电机锁定。这样不仅可以有效降低电机闲置状态下的功耗，还可以降低电机和驱动器的发热。增加使用寿命。

下面介绍一种主流的方案，需要使用逻辑芯片——74HC123。74HC123是一款双路可重触发单稳态触发器。输出脉冲宽度取决于定时电阻R和定时电容C，脉冲宽度WP=RC。首先，让我们看一下真值表。

STEP引脚必须连接到74HC123的输入端，当STEP引脚有脉冲输入或无脉冲输入时，74HC123的输出端分别输出高电平和低电平。蓝色框选择的状态对应nB输入低电平，nQ输出低电平，红色框选择的状态对应nB输入方波信号检测上升沿，nQ输出高电平脉冲信号。我有一个题你不希望nQ输出高电平吗？前面提到，这个脉冲信号的脉冲宽度与R和C有关。只需要为R和C取适当的值，使脉冲宽度WP大于最慢速度时对应的PWM周期。当检测到nB的上升沿时，nQ输出一个长脉宽的高电平脉冲，因此保持nQ高电平的步进电机将保持高电平，直到再次检测到下一个周期的上升沿，所以nQ仍处于高水平，将维持。根据这些条件，绘制了如下示意图

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永磁同步电机控制方法及驱动技术

永磁同步电机在工业上应用比较普遍。

永磁交流伺服电机系统具有以下优点

电机无刷、无换向器，运行可靠，维护简单。

定子绕组散热快。

惯量小，易于提高系统速度。

适应高速、大扭矩工况。

同等功率下，体积和重量更小，广泛应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机械、纺织机械等领域，满足发展。传输领域的要求。

1、交流永磁同步伺服驱动器主要由伺服控制装置、动力驱动装置、通讯接口装置、伺服电机及相应的反馈检测装置组成，结构配置如图1所示。伺服控制装置包括位置控制器、速度控制器、扭矩和电流控制器等。我们的交流永磁同步驱动器集成了先进的控制技术和控制策略，非常适合高精度、高性能要求的伺服驱动领域，实现了传统驱动系统强大的智能性和灵活性。

目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器作为控制核心。它的优点是能够实现相对复杂的控制算法，使事物数字化、网络化、智能化。功率器件通常采用以智能功率模块为核心设计的驱动电路。驱动电路集成在IPM内部，还具有过压、过流、过温、欠压等故障检测保护功能。