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无刷电机
无刷电机方波控制原理和实现步骤

一.方波控制理论基础

方波控制也叫六步控制,在一个电周期中,电机只有六种转态,或者说定子电流有六种状态(三相桥臂有六种开关状态)。每一种电流状态都可看作合成一个方向的矢量力矩,六个矢量有规律地、一步接一步地转换,矢量旋转方向决定了电机旋转方向(顺时针或是逆时针),电机转子会跟着同步旋转。在方波控制里,主要是对两个量进行控制,一个是电机转子位置对应的开管状态,有Hall时,通过Hall信息获取转子位置,无传感器时,通过反电动势信息获取转子位置,从而决定开管状态;第二个是PWM占空比的控制,通过控制占空比的大小来控制电流大小,从而控制转矩和转速.

二.方波算法实现步骤

Hall 方波控制:

1.读取母线电流采样的AD 值,计算母线电流

2.电流环计算应该给的PWM 占空比,控制电流为给定电流大小

3. 读取hall 状态,根据Hall 状态与三相桥臂开管状态关系数组,得到相应的开管状态,每次hall 状态的跳变沿及为三相桥臂状态切换的时间点(也称为换相点)。

4. Hall 相邻状态间的扇区为一个电周期的六分之一,即为60°,用定时器可记录60°扇区所用的时间,从而计算电流频率,从而得到电机转速。

5. 以电流环作为内环,速度环作为外环,电机进行闭环控制,如Hall 方波控制框图。对于Hall 方波控制来说,电机启动时,就已经知道电机转子位置,直接用hall 状态对的矢量力矩去拉电机,就可启动电机,并可直接进闭环控制。

三.BEMF 方波控制:

1.读取母线电流采样的AD 值,计算母线电流。

2.电流环计算应该给的PWM 占空比,控制电流为给定电流大小

3. 保持一种开管状态(即保持一个方向矢量定位),定位完成,然后按一定频率改变开管状态,并按规律提升改变频率。到达切换电频率,然后切换到反电动势模式。

4. 用一个较高频率定时器中断读取相比较器输出状态,若相比较器输出电平发生翻转,则说明该相反电动势产生过零,此时,读定时器D 时基计数值,保存,然后清定时器D,并配置定时器D 的比较寄存器0 的比较值,开定时器D 开始计时,直到产生PWMD0 中断,在中断中改变开关管状态,也就是找到过零点延迟30°电角度再换相。

5. 以电流环作为内环,速度环作为外环,电机进行闭环控制,对于BEMF 方波控制来说,电机启动时,是不知道电机转子位置,所以需要用外同步方式启动电机,让定子电流按给定大小和频率拖动电机转子跑,然后电机达到切换电频率,就可切换到反电动势模式跑电机,并运行速度和电流闭环控制。


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