| 無刷電機憑借效率、低噪音和長壽命等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代自動化工業(yè)領(lǐng)域。通常無刷電機的控制方法包括無感控制、有感控制、磁場矢量控制（FOC）、正弦波控制、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）、模型預(yù)測控制（MPC）幾種方式。這幾種控制策略應(yīng)用在不同的場景下，其實現(xiàn)的難易程度也是十分明顯。這篇文章主要聊一下我熟悉的三種控制方式——無感、有感和FOC。
無感控制，無刷電機在無轉(zhuǎn)子位置傳感器（霍爾傳感器）的情況下，通過相應(yīng)的算法和控制策略控制無刷電機的啟動和穩(wěn)定運行。特定的算法一般采用觀測反電動勢或者其他非直接位置傳感器。
過零檢測，無感控制的常用策略是通過檢測反電動勢的變化，判斷無刷電機的轉(zhuǎn)子位置，如圖所示為無感控制的反電動勢檢測電路。
在無刷電機換相原理中，當無刷電機任意倆相通電的情況下，剩余的懸空相就能夠檢測到反電動勢。在轉(zhuǎn)子由0°轉(zhuǎn)到60°期間，反電動勢過零一次，這種操作也就是常說的過零檢測。
當無刷電機任意兩相通電情況下，剩余懸空相就能檢測到反電動勢，檢測到反電動勢處于零點位置時，轉(zhuǎn)子處于與懸空相同一方向（平行方向），即處于相位換相后移動30°，再移動30°角即為換相點。所以，在借助六個過零事件控制無刷電機，為了實現(xiàn)精確換相點，利用上一個換相周期的時間推算本周期30°延遲角的時間延遲。
無感控制的啟動分為三個階段，預(yù)定位、啟動加速、閉環(huán)控制。
1）預(yù)定位 先給某兩相通電一段時間，讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到預(yù)定的位置；通電占空比（一般30~50）和時間不要太大，易引起發(fā)熱；通電時間、占空比需要依據(jù)不同的電機和負載情況確定；否則可能會由于長時間在一個線圈上加電燒壞，或者時間太短不能預(yù)定位。
2）啟動加速 依據(jù)所要轉(zhuǎn)動的方向，按轉(zhuǎn)向順序依次給各相通斷電（換相）；啟動的過程，需要多次換相，并逐漸加速；同預(yù)定位一樣，這個加速過程也與具體的電機和負載相關(guān)，需要結(jié)合實際測試來確定輸出占空比的大小，換相頻率太低，電機加速慢，會抖動反轉(zhuǎn)，線圈也會發(fā)熱嚴重；換相頻率太高，電機運行起來容易失步，導(dǎo)致加速失敗。
3）閉環(huán)控制 當啟動加速到一定轉(zhuǎn)速時，反電動勢及其過零點可以被穩(wěn)定的檢測到時，就可以切換到閉環(huán)控制狀態(tài)。
2 有感控制
無刷電機的有感控制指在無刷電機（BLDC）中，一般采用3個開關(guān)型霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)3個霍爾傳感器輸出的編碼控制MOS管的通斷，進而實現(xiàn)換相。
在無刷電機中一般把3個霍爾傳感器間隔120°的圓周分布安裝如圖所示。輸出信號高低電平各占180°角。設(shè)輸出的高電平為1，低電平用0表示，則輸出三個信號用二進制編碼表示如上表。
轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動一周可以輸出6個信號，正好可以對應(yīng)六步方波換相的6個過程。我們可以按照出廠的真值表順序去控制MOS管的開通和關(guān)斷
3 磁場定向控制（FOC）
FOC（Field-Oriented Control），直譯是磁場定向控制，也被稱作矢量控制 （VC，Vector Control） ，是目前無刷直流電機（BLDC）和永磁同步電機（PMSM）高效控制的最優(yōu)方法之一。FOC旨在通過精確地控制磁場大小與方向，使得電機的運動轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、噪聲小、效率高，并且具有高速的動態(tài)響應(yīng)。
定子磁場是固定的，而轉(zhuǎn)子磁場隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而移動。當這兩個磁場之間的夾角為90∘時，轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體切割定子磁場的磁力線速度最快，這導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生最大的感應(yīng)電流。這些感應(yīng)電流在定子磁場中受到的洛倫茲力也最大，因此產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩（即電磁轉(zhuǎn)矩）也最大。所以如何使定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場一直相差90°，讓電機一直產(chǎn)生最大力矩，就是FOC矢量控制所解決的問題。
FOC控制流程
FOC控制無刷電機過程，通過對無刷電機的三相電流采樣進行Clarke變換，將三相正弦電流信號轉(zhuǎn)換為兩相正弦信號，再經(jīng)Park變換（旋轉(zhuǎn)變換），轉(zhuǎn)換為兩個直流信號作為電流閉環(huán)的輸入，再經(jīng)反Park變換和空間矢量脈寬調(diào)制控制三相全橋的開斷，從而實現(xiàn)無刷電機的控制。
對上圖的解釋如下：
(1) 對電機的三相電流采樣得到Ia Ib Ic,
(2) 將Ia Ib Ic, 經(jīng)Clark變換得到
(3) 將 經(jīng)Park變換得到Iq Id
(4) 計算Iq Id和設(shè)定值Iq_ref Id_ref誤差
(5) 將上述的誤差作為pid控制器中，得到輸出控制電壓Uq，Ud
(6) Uq，Ud進行反park變換
(7) 經(jīng)svpwm模塊（clark反變換）輸出到mos管，產(chǎn)生定轉(zhuǎn)子正交磁場，控制電機運轉(zhuǎn)。
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