浅谈无刷直流电机工作原理及现代控制方法

　　无刷直流电机实际上是永磁同步电机，对于力的来源主要是磁力线的畸变，简单来说就是如果定子磁场与转子磁场磁力线方向一致，那么这个时候磁力线会很平滑，大家就很和谐，之间不会产生力矩；但是如果转子磁场与定子磁场方向不一致，那么磁力线的分布便会不均匀，这个时候磁场之间则会通过相互作用使得定转子磁场方向一致，从而产生力矩；因此对于直流无刷电机，你只要使得定子磁场以某一速度在空间旋转，磁力线这种反畸变力便会使得转子磁场也以与定子磁场相同的速度旋转，从而实现永磁同步；你可以想象，如果负载转矩为0，那么在旋转的过程中定转子磁场的方向必然会接近重合，而如果有一个恒定的负载转矩，那么定转子之间的磁场会有一个固定的夹角，这个角度的大小与负载转矩的大小一致。

　　无刷直流电机原理

　　无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。

　　如图所示为无刷直流电机的转动原理示意图，为了方便描述，电机定子的线圈中心抽头接电机电源 POWER，各相的端点接功率管，位置传感器导通时使功率管的 G极接 12V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动，会依次导通，使得对应的相线圈也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子也跟着转动起来，这就是无刷直流电机的基本转动原理——检测转子的位置，依次给各相通电，使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。

　　图：无刷直流电机转动原理示意图

　　现代控制方法

　　无刷直流电机目前这个概念定义不明确。一般认为BLDC无刷直流是方波控制，PMSM永磁同步是正弦波控制（矢量控制）。但是从电机本体看，他们之间的区别仅仅是气隙磁场形状问题，纯方波磁场基本没法设计到，都是梯形波。

　　对于bldc，控制上是换相六拍，霍尔传感器。有的人用正弦波（插补）降低转距脉动，bldc低速特性不好。没有所谓现代控制方法，只能说目前研究到什么地步了，比如说他的无位置传感器算法。bldc目前相对属于落后一点的控制算法，旧产品会用到，或者是超高速电机会用到（一个基波周期的开关次数极少），普通应用还是pmsm的矢量控制研究较多。下面说pmsm。

　　对于pmsm，普通矢量控制已经成熟，有几个控制上的研究方向：无位置传感器（反电动势观测，包含模型参考自适应，滑模，卡尔慢等，以及适于低速的高频注入法），mtpa最大转距电流比控制（铜耗最优，希望不需要电机参数就能实现的通用化算法，但目前只有基于扰动或基于参数），弱磁控制，在线参数辩识，离线参数辩识，控制器参数自整定，在线温度辩识，直接转距控制（dtc），各种伺服的控制器带宽优化的控制器，详细说太多。目前的发展趋势是：高性能化，通用化，智能化，自适应化发展。

 

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