其利天下技術(shù)·低速無(wú)刷電機(jī)如何更好的控制？無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案開(kāi)發(fā)

需要低速運(yùn)轉(zhuǎn)的無(wú)刷電機(jī)經(jīng)常運(yùn)用在電動(dòng)車(chē)、機(jī)器人關(guān)節(jié)、醫(yī)療設(shè)備等場(chǎng)景。最近有客戶(hù)找到我們開(kāi)發(fā)無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，他的需求是低轉(zhuǎn)速，而且需要精準(zhǔn)控制電流。經(jīng)常開(kāi)發(fā)無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的工程師都知道，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的無(wú)刷電機(jī)控制難度比低速要難得多。我們今天來(lái)探討一下這個(gè)問(wèn)題吧。

首先，我們分析一下無(wú)刷電機(jī)在低速情況難以控制的幾個(gè)可能性：

電機(jī)的電感特性

無(wú)刷電機(jī)的電感會(huì)影響電流的變化速度。在低速時(shí)，電感效應(yīng)較弱，電流響應(yīng)較慢，導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出波動(dòng)，容易引起抖動(dòng)和不穩(wěn)定。

反電動(dòng)勢(shì)的影響

無(wú)刷電機(jī)在低速時(shí)反電動(dòng)勢(shì)（Back-EMF）較小，而反電動(dòng)勢(shì)是常規(guī)速度估計(jì)的關(guān)鍵信號(hào)，信號(hào)弱時(shí)，速度估算的準(zhǔn)確性下降，影響電機(jī)的穩(wěn)定控制。

負(fù)載和摩擦的非線性

在低速運(yùn)行時(shí)，負(fù)載的摩擦力和粘滯力的非線性影響較大，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩容易不足，難以保持穩(wěn)定運(yùn)行。

控制器的精度要求

低速時(shí)，需要更精確的電流和位置控制，然而由于電流傳感器、位置傳感器（或估算）的分辨率有限，控制精度難以保證。

想實(shí)現(xiàn)控制穩(wěn)定，可以嘗試以下技術(shù)：

無(wú)傳感器FOC（Field-Oriented Control）

通過(guò)估算電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向來(lái)進(jìn)行控制，能夠在低速時(shí)提供更精確的轉(zhuǎn)矩控制。無(wú)傳感器FOC依賴(lài)于電流的估算和控制算法的精度，在低速時(shí)通過(guò)改進(jìn)算法，可以更好地應(yīng)對(duì)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)弱的問(wèn)題。

傳感器FOC控制 使用位置傳感器

（如霍爾傳感器或編碼器）來(lái)直接獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，從而實(shí)現(xiàn)高精度的閉環(huán)控制。這種方法在低速運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性較高，但成本和復(fù)雜性也會(huì)增加。

滑?？刂疲⊿liding Mode Control, SMC）

滑?？刂剖且环N非線性控制方法，特別適合處理系統(tǒng)的非線性和不確定性。在無(wú)刷電機(jī)的低速運(yùn)行中，滑?？刂颇軌蚝芎玫貞?yīng)對(duì)負(fù)載的非線性特性和擾動(dòng)，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

自適應(yīng)控制

通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)來(lái)適應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)，自適應(yīng)控制能夠在低速時(shí)調(diào)整電機(jī)的控制策略，以應(yīng)對(duì)負(fù)載變化和摩擦力的影響，從而提升低速穩(wěn)定性。

低速起動(dòng)算法

在低速啟動(dòng)時(shí)，可以采用專(zhuān)門(mén)的低速啟動(dòng)算法，降低啟動(dòng)電流，平滑加速過(guò)程，以減少抖動(dòng)和失步現(xiàn)象。