方波馬達、無位置方波馬達驅動控制算法淺析
2024-10-9 11:13:03 點擊：
無刷直流電機（BLDC，也稱為馬達驅動）是電機和控制技術相結合的產品，電調控制電機的運行，從電流驅動角度來看，無刷直流電機可分為正弦波驅動和方波驅動。
通常，以方波驅動的電機稱為無刷直流電機（BLDC），正弦波驅動的電機則為永磁同步電機（PMSM）。
無刷直流電機，跟永磁同步電機，基本結構相似，主要區別在于控制器電流的驅動方式不同。今天，主要為大家詳細講解下采用方波控制的無刷直流電機原理及其具體算法實現。
馬達驅動系統方波控制原理及算法
一、方波控制理論基礎
方波控制也叫六步控制，在一個電周期中，電機只有六種轉態，或者說定子電流有六種狀態（三相橋臂有六種開關狀態）。
每一種電流狀態都可看作合成一個方向的矢量力矩，六個矢量有規律地、一步接一步地轉換，矢量旋轉方向決定了電機旋轉方向（順時針或是逆時針），電機轉子會跟著同步旋轉。
在方波控制里，主要是對兩個量進行控制，一個是電機轉子位置對應的開管狀態，有Hall時，通過Hall信息獲取轉子位置，無傳感器時，通過反電動勢信息獲取轉子位置，從而決定開管狀態；第二個是PWM占空比的控制，通過控制占空比的大小來控制電流大小，從而控制轉矩和轉速。
二、方波算法實現步驟
（1）Hall 方波控制：
1.讀取母線電流采樣的AD 值，計算母線電流
2.電流環計算應該給的PWM 占空比，控制電流為給定電流大小
3. 讀取hall 狀態，根據Hall 狀態與三相橋臂開管狀態關系數組，得到相應的開管狀態，每次hall 狀態的跳變沿及為三相橋臂狀態切換的時間點（也稱為換相點）。
4. Hall 相鄰狀態間的扇區為一個電周期的六分之一，即為60°，用定時器可記錄60°扇區所用的時間，從而計算電流頻率，從而得到電機轉速。
5. 以電流環作為內環，速度環作為外環，電機進行閉環控制，如Hall 方波控制框圖。對于Hall 方波控制來說，電機啟動時，就已經知道電機轉子位置，直接用hall 狀態對的矢量力矩去拉電機，就可啟動電機，并可直接進閉環控制。
（2）BEMF 方波控制：
1.讀取母線電流采樣的AD 值，計算母線電流。
2.電流環計算應該給的PWM 占空比，控制電流為給定電流大小
3. 保持一種開管狀態（即保持一個方向矢量定位），定位完成，然后按一定頻率改變開管狀態，并按規律提升改變頻率。到達切換電頻率，然后切換到反電動勢模式。
4. 用一個較高頻率定時器中斷讀取相比較器輸出狀態，若相比較器輸出電平發生翻轉，則說明該相反電動勢產生過零，此時，讀定時器D 時基計數值，保存，然后清定時器D，并配置定時器D 的比較寄存器0 的比較值，開定時器D 開始計時，直到產生PWMD0 中斷，在中斷中改變開關管狀態，也就是找到過零點延遲30°電角度再換相。
5. 以電流環作為內環，速度環作為外環，電機進行閉環控制，對于BEMF 方波控制來說，電機啟動時，是不知道電機轉子位置，所以需要用外同步方式啟動電機，讓定子電流按給定大小和頻率拖動電機轉子跑，然后電機達到切換電頻率，就可切換到反電動勢模式跑電機，并運行速度和電流閉環控制。
通常，以方波驅動的電機稱為無刷直流電機（BLDC），正弦波驅動的電機則為永磁同步電機（PMSM）。
無刷直流電機，跟永磁同步電機，基本結構相似，主要區別在于控制器電流的驅動方式不同。今天，主要為大家詳細講解下采用方波控制的無刷直流電機原理及其具體算法實現。
馬達驅動系統方波控制原理及算法
一、方波控制理論基礎
方波控制也叫六步控制，在一個電周期中，電機只有六種轉態，或者說定子電流有六種狀態（三相橋臂有六種開關狀態）。
每一種電流狀態都可看作合成一個方向的矢量力矩，六個矢量有規律地、一步接一步地轉換，矢量旋轉方向決定了電機旋轉方向（順時針或是逆時針），電機轉子會跟著同步旋轉。
在方波控制里，主要是對兩個量進行控制，一個是電機轉子位置對應的開管狀態，有Hall時，通過Hall信息獲取轉子位置，無傳感器時，通過反電動勢信息獲取轉子位置，從而決定開管狀態；第二個是PWM占空比的控制，通過控制占空比的大小來控制電流大小，從而控制轉矩和轉速。
二、方波算法實現步驟
（1）Hall 方波控制：
1.讀取母線電流采樣的AD 值，計算母線電流
2.電流環計算應該給的PWM 占空比，控制電流為給定電流大小
3. 讀取hall 狀態，根據Hall 狀態與三相橋臂開管狀態關系數組，得到相應的開管狀態，每次hall 狀態的跳變沿及為三相橋臂狀態切換的時間點（也稱為換相點）。
4. Hall 相鄰狀態間的扇區為一個電周期的六分之一，即為60°，用定時器可記錄60°扇區所用的時間，從而計算電流頻率，從而得到電機轉速。
5. 以電流環作為內環，速度環作為外環，電機進行閉環控制，如Hall 方波控制框圖。對于Hall 方波控制來說，電機啟動時，就已經知道電機轉子位置，直接用hall 狀態對的矢量力矩去拉電機，就可啟動電機，并可直接進閉環控制。
（2）BEMF 方波控制：
1.讀取母線電流采樣的AD 值，計算母線電流。
2.電流環計算應該給的PWM 占空比，控制電流為給定電流大小
3. 保持一種開管狀態（即保持一個方向矢量定位），定位完成，然后按一定頻率改變開管狀態，并按規律提升改變頻率。到達切換電頻率，然后切換到反電動勢模式。
4. 用一個較高頻率定時器中斷讀取相比較器輸出狀態，若相比較器輸出電平發生翻轉，則說明該相反電動勢產生過零，此時，讀定時器D 時基計數值，保存，然后清定時器D，并配置定時器D 的比較寄存器0 的比較值，開定時器D 開始計時，直到產生PWMD0 中斷，在中斷中改變開關管狀態，也就是找到過零點延遲30°電角度再換相。
5. 以電流環作為內環，速度環作為外環，電機進行閉環控制，對于BEMF 方波控制來說，電機啟動時，是不知道電機轉子位置，所以需要用外同步方式啟動電機，讓定子電流按給定大小和頻率拖動電機轉子跑，然后電機達到切換電頻率，就可切換到反電動勢模式跑電機，并運行速度和電流閉環控制。
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