BLDC 电机控制

与机械换相或“有刷”电机相比，电子换相或“无刷”电机以其更高的电效率和转矩重量比而一直倍受欢迎。无刷直流 (BLDC) 电机通常被定义为永磁同步电机 (PMSM)，由于采用集中式绕组，其反电动势呈现梯形。这样，便可将 BLDC 电机与 PMSM 电机区分开来，后者因采用分布式定子绕组而呈现正弦反电动势。

无刷直流电机通常使用梯形控制，但也会使用磁场定向控制。而 PMSM 电机通常只使用磁场定向控制。梯形 BLDC 电机控制是一种比磁场定向控制更简单的方法。通过这种方法，一次仅为两相供电。转矩控制仅需一个 PID 控制器，而且与磁场定向控制相反，它无需使用帕克变换和克拉克变换进行坐标变换。

使用梯形方法设计 BLDC 电机控制器的电机控制工程师需要执行下列任务：

• 开发控制器架构，其中包含用于电流/电压内环的 PI 控制器
• 为可选的转速外环和位置外环开发 PI 控制器
• 调节所有 PI 控制器的增益以满足性能要求
• 设计 SVM 控制
• 设计故障检测和保护逻辑
• 验证和确认控制器在不同工况下的性能
• 在微控制器上实现定点或浮点控制器

通过使用 Simulink 进行 BLDC 电机控制设计，在硬件测试之前，您可以使用多速率仿真来设计、调节和验证控制算法，以及检测并更正电机在整个工作范围内出现的误差。通过使用 Simulink 进行仿真，您可以减少原型测试工作量，并针对一些无法在硬件上测试的故障条件来验证控制算法的稳健性。您可以：

• 对具有梯形或任意反电动势的 BLDC 电机进行建模
• 对电流控制器、转速控制器和调制器进行建模
• 对逆变器电力电子器件进行建模
• 使用线性控制设计方法（例如波特图和根轨迹）及自动 PID 调节等方法来调节 BLDC 电机控制系统增益
• 对启动、关闭和错误模式进行建模，并设计降额和保护逻辑来确保电机安全运转
• 针对 I/O 通道设计信号调节和处理算法
• 运行电机和控制器的闭环仿真，以测试正常和异常运行情况下的系统性能
• 自动生成 ANSI、ISO 或处理器优化的 C 代码和 HDL，以快速进行原型构建、硬件在环测试和生产实现