无刷直流电机（BLDC）六步换向法
无刷直流电机（BLDC）六步换向法
无刷直流电机（BLDC）六步换向法是电机控制领域的重要技术，广泛应用于各种需要精确速度和位置控制的场景。本文将详细介绍BLDC的基本结构、数学模型、工作原理以及具体的仿真模型和控制方法，帮助读者深入理解这一技术的核心内容。
1、三相BLDCM 基本结构
与直流有刷电机类似，直流无刷电机也主要由定子和转子组成，不过其具体构成略有不同，因此其数学模型与直流有刷电机相比也存在差异，下面分别对三相直流无刷电机的基本结构和数学模型进行详细分析。
直流无刷电机将有刷电机的机械式换向器替换为电子换相电路，因此电机内部结构与直流有刷电机不同。直流有刷电机定子为磁体，转子为线圈，而直流无刷电机转子为永磁体，定子为线圈绕组。其中定子部分由定子铁芯和定子绕组构成，转子由转子铁芯、永磁体、轴承和转轴组成。根据转子和定子构造的不同，可分为内转子型和外转子型如下图所示。内转子型转子永磁体在电机内部，容易平衡，转动惯量小，控制性能较好，容易实现高转速，但转矩一般较小；外转子型结构与内转子相反，线圈绕组在电机内部，转子永磁体在外部，直径大，力臂长，转动惯量大，但不易实现较高转速。
2、三相BLDCM 数学模型
3、有霍尔位置传感器直流无刷电机工作原理
4、无位置传感器直流无刷电机工作原理
无感FOC的开环切闭环运行
开环运行
闭环运行
5、速度检测
6、六步换向双闭环模型仿真
6.1 模型总览
模型下载地址：无刷直流电机（BLDC）六步换向双闭环（速度、电流）控制simulink仿真模型
6.2 系统及参数设置
电机
速度环PI
电流环PI
参考速度
6.3 六步换向模块
function [hu,lu,hv,lv,hw,lw] = Commutation(ha,hb,hc)
% Function to compute commutation signals based on the sector
% Initializing variables
hu=0;
lu=0;
hv=0;
lv=0;
hw=0;
lw=0;
% Determining the sector based on input signals ha, hb, and hc
state=ha*4+hb*2+hc;
% Using switch-case for better readability and efficiency
switch state
case 5
% state 5
hu=1;
lv=1;
case 4
% state 4
hu=1;
lw=1;
case 6
% state 6
hv=1;
lw=1;
case 2
% state 2
lu=1;
hv=1;
case 3
% state 3
lu=1;
hw=1;
case 1
% state 1
lv=1;
hw=1;
end
end
6.4 仿真效果
给定速度与反馈速度
HALL信号
相电流
角度
六步换向双闭环系统是通过调节受控源电压来实现调速，该模型可实现正反转切换。
7、六步换向速度闭环PWM控制
使用HALL状态来生成开关序列
使用转子位置生成开关序列
这里使用MathWorks官方提供的仿真模型，下载地址：
模型总览
速度误差通过PI控制器得到占空比
注意：第一运行模型会报错，最好将积分饱和下限改为0
根据转子位置判断扇区
步换向逻辑
里通过PWM的高低电平去切换开关序列，50%（0.5）的占空比为判断中值。
相电压波形
相电流波形
速度反馈及速度给定波形
参考
【1】张浩军. 无刷直流电机无位置传感器驱动系统研究与设计[D].华中科技大学,2022.DOI:10.27157/d.cnki.ghzku.2022.004467.
【2】鲜大帅. 三相BLDCM无位置传感器控制芯片研究与设计[D].西安科技大学,2022.DOI:10.27397/d.cnki.gxaku.2022.000851.
【4】【未来的动力】BLDC的六步法&PMSM的FOC法综合：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/449412789
【5】野火无刷直流STM32原理及实现
https://doc.embedfire.com/motor/motor_tutorial/zh/latest/basis_part/brushless_DC_motor.html#id7
【6】Six Step Commutation：
https://ww2.mathworks.cn/help/mcb/ref/sixstepcommutation.html
【7】BLDC电机控制（Mathworks网站）
https://ww2.mathworks.cn/discovery/bldc-motor-control.html
【8】Simulink —— BLDC基础及六步转速控制模型：
https://blog.csdn.net/zh471021698/article/details/104485757
【9】【电机控制算法】基于霍尔位置传感器(HALL)估算连续电角度（基于STM32F407+CubeMX+HAL）：
https://blog.csdn.net/csol1607408930/article/details/129410150
【10】DSP霍尔FOC 角度解析
https://www.cnblogs.com/bailongwei654321/p/15157322.html
【11】李蓬威. 采用开关霍尔的永磁同步电机矢量控制转子位置估计方法研究[D].重庆大学,2022.DOI:10.27670/d.cnki.gcqdu.2020.004116.
【12】左艺鸣. 基于霍尔位置传感器无刷直流电机控制系统研究[D].中国矿业大学,2021.DOI:10.27623/d.cnki.gzkyu.2020.002628.
【13】陈长青. 基于霍尔位置传感器及其偏差校正的PMSM矢量控制系统[D].哈尔滨工业大学,2022.DOI:10.27061/d.cnki.ghgdu.2021.003273.
【14】ADC-过零检测详解：
https://www.cnblogs.com/wchmcu/p/17815347.html