無位置傳感器控制方法，你掌握了嗎？

01

電機磁鏈信號和轉子位置直接相關， 因此可以通過轉子磁鏈的值來確定轉子位置信號。

但電機轉子磁鏈不能直接檢測得到。為了獲得電機轉子磁鏈值，必須先測量電機的相電壓和電流， 建立不依賴于轉子速度而與轉子磁鏈直接相關的函數(shù)方程，計算磁鏈值。

這種方法計算量大，而相電壓和電流中含有大量的干擾信號，準確測量又需要很高的軟硬件成本，因此很少采用。

02

在無刷直流電機中，繞組的反電勢通常是正負交變的，當某相繞組的反電勢過零時，轉子直軸恰好與該相繞組軸線重合，因此只要檢測到各相反電勢的過零點，就可獲知轉子的若干個關鍵位置，從而省去轉子位置傳感器，實現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電機控制。這是目前應用最廣泛的無位置傳感器 BLDCM 控制方法。

這種方法的缺點是靜止或低速時反電勢信號為零或很小，難以準確檢測繞組的反電勢，因而無法得到有效的轉子位置信號，系統(tǒng)低速性能比較差，需要采用開環(huán)方法進行起動；另外，為消除PWM調(diào)制引起的干擾信號，需要對反電勢信號進行深度濾波，這樣造成與電機轉速有關的信號相移，為了保證正確的換相需要對此相移進行補償。

03

由于BLDCM的反電動勢為典型的梯形波，它包含了基波及其高次諧波分量，通過對電樞三相相電壓的簡單疊加，就可以獲得3次諧波及其奇數(shù)倍諧波，可以從中提取反電動勢的3次諧波分量，并進行積分，積分值為零時即得功率器件的開關信號。

反電動勢3次諧波信號的獲取有兩種方式：一種利用電機中性點和并聯(lián)于電機三相繞組端的星形電阻的中性點來得到反電動勢的3次諧波分量；在沒有中性點引出的電機，可以利用直流側中點電壓和星形電阻網(wǎng)絡的中性點來獲得反電動勢的3次諧波分量；然后對獲得的信號進行濾波，濾掉3次諧波的高次分量，由于高次分量的最低為9倍的基波頻率，對濾波器要求低。

因而它比反電動勢直接過零比較有更寬的運行范圍。這種方法避免了逆變器開關造成的干擾，但是3次諧波的幅值小于反電勢的幅值，不易檢測，特別是低速的情況下，3次諧波信號更弱，難以獲得轉子位置信號。

04

這種方法是通過監(jiān)視并聯(lián)在逆變器功率管兩端的自由換向二級管的導通情況來確定電機功率管的換向時刻。BLDCM 三相繞組中總有一相處于斷開狀態(tài)， 于是通過監(jiān)視6個續(xù)流二級管的導通關斷情況就可以獲得6個功率管的開關順序。

該方法可以提高電機的調(diào)速范圍，特別是可以拓寬電機的調(diào)速下限。但是這種方法要求逆變器必須工作在上下功率管輪流處于PWM斬波方式，增大了控制難度；另外，對于續(xù)流二極管導通的無效信號和毛刺干擾造成的誤導通信號的去除也不易實現(xiàn)。

這種方法也存在著較大的檢測誤差，反電勢系數(shù)、繞組電感量不是常數(shù)、反電勢波形不是標準的梯形波等都會造成轉子位置誤差。由于這種方法需要在二極管上并聯(lián)檢測電路，這對于集成的功率器件（如IPM）很難實現(xiàn)。

正因為以上種種缺點，所以這種方法在國內(nèi)應用并不是很廣泛，相對來說技術也不是很成熟。

05

電感法有兩種形式：一種是用于凸極式永磁無刷直流電機，另一種是用于內(nèi)嵌式磁鋼結構的永磁無刷直流電機。第一種電感法主要是通過在起動過程中對電機繞組施加探測電壓來判斷其電感的變化。

在凸極電機中，繞組自感可表示成繞組軸線與轉子直軸間夾角的偶次余弦函數(shù)，通過檢測繞組自感的變化，就可判斷出轉子軸線的大致位置，再根據(jù)鐵心飽和程度的變化趨勢確定其極性，從而最終得到正確位置信號。

這種方法難度較大，且只能應用于凸極電機，所以現(xiàn)在較少應用。與第一種方法相比，第二種方法才是真正意義上的電感法。

在內(nèi)嵌式永磁無刷直流電機中，繞組電感會因為轉子位置的改變而發(fā)生相應變化，通過檢測這些變化，再經(jīng)過一定計算，即可得到轉子位置信號。該方法中，需要對繞組電感進行不間斷的實時檢測，增加了實現(xiàn)的難度，應用不是很廣泛。

06

“狀態(tài)觀測器法”的基本思想就是以電機的轉速、轉子位置角、電流等參數(shù)為狀態(tài)變量，在定義狀態(tài)變量的基礎上對電機建立數(shù)學模型，通過數(shù)字濾波的方法得出狀態(tài)變量的離散值，從而實現(xiàn)對電機的控制。

“狀態(tài)觀測器法”比較好的解決了電機在高速、重載情況下難于控制的問題，其良好的抗干擾能力使其更適用于惡劣的工作環(huán)境。“狀態(tài)觀測器法”龐大的運算量在一定程度上限制了它的應用。這種方法一般采用數(shù)字信號處理器（DSP）來承擔龐大的運算量，因而增加了系統(tǒng)成本，在實際應用中并不多見。