無刷直流電機常用控制方式對比
2020/6/12 14:34:46 點擊：
無刷直流電機是在有刷直流電動機的基礎上發展來的，具有無極調速、調速范圍廣、過載能力強、線性度好、壽命長、體積小、重量輕、出力大等優點，解決了有刷電機存在的一系列問題，廣泛應用于工業設備、儀器儀表、家用電器、機器人、醫療設備等各個領域。由于無刷電機沒有電刷進行自動換向，因此需要使用電子換向器進行換向。無刷直流電機驅動器實現的就是這個電子換向器的功能。
目前，主流的無刷直流電機的控制方式有3種：FOC（又稱為矢量變頻、磁場矢量定向控制）、方波控制（也稱為梯形波控制、120°控制、6步換向控制）和正弦波控制。那么這3種控制方式都各有什么優缺點呢？
方波控制
方波控制使用霍爾傳感器或者無感估算算法獲得電機轉子的位置，然后根據轉子的位置在360°的電氣周期內，進行6次換向（每60°換向一次）。每個換向位置電機輸出特定方向的力，因此可以說方波控制的位置精度是電氣60°。由于在這種方式控制下，電機的相電流波形接近方波，所以稱為方波控制。
方波控制方式的優點是控制算法簡單、硬件成本較低，使用性能普通的控制器便能獲得較高的電機轉速；缺點是轉矩波動大、存在一定的電流噪聲、效率達不到最大值。方波控制適用于對電機轉動性能要求不高的場合。
正弦波控制
正弦波控制方式使用的是SVPWM波，輸出的是3相正弦波電壓，相應的電流也是正弦波電流。這種方式沒有方波控制換向的概念，或者認為一個電氣周期內進行了無限多次的換向。顯然，正弦波控制相比方波控制，其轉矩波動較小，電流諧波少，控制起來感覺比較“細膩”，但是對控制器的性能要求稍高于方波控制，而且電機效率不能發揮到最大值。
FOC控制
正弦波控制實現了電壓矢量的控制，間接實現了電流大小的控制，但是無法控制電流的方向。FOC控制方式可以認為是正弦波控制的升級版本，實現了電流矢量的控制，也即實現了電機定子磁場的矢量控制。
目前，主流的無刷直流電機的控制方式有3種：FOC（又稱為矢量變頻、磁場矢量定向控制）、方波控制（也稱為梯形波控制、120°控制、6步換向控制）和正弦波控制。那么這3種控制方式都各有什么優缺點呢？
方波控制
方波控制使用霍爾傳感器或者無感估算算法獲得電機轉子的位置，然后根據轉子的位置在360°的電氣周期內，進行6次換向（每60°換向一次）。每個換向位置電機輸出特定方向的力，因此可以說方波控制的位置精度是電氣60°。由于在這種方式控制下，電機的相電流波形接近方波，所以稱為方波控制。
方波控制方式的優點是控制算法簡單、硬件成本較低，使用性能普通的控制器便能獲得較高的電機轉速；缺點是轉矩波動大、存在一定的電流噪聲、效率達不到最大值。方波控制適用于對電機轉動性能要求不高的場合。
正弦波控制
正弦波控制方式使用的是SVPWM波，輸出的是3相正弦波電壓，相應的電流也是正弦波電流。這種方式沒有方波控制換向的概念，或者認為一個電氣周期內進行了無限多次的換向。顯然，正弦波控制相比方波控制，其轉矩波動較小，電流諧波少，控制起來感覺比較“細膩”，但是對控制器的性能要求稍高于方波控制，而且電機效率不能發揮到最大值。
FOC控制
正弦波控制實現了電壓矢量的控制，間接實現了電流大小的控制，但是無法控制電流的方向。FOC控制方式可以認為是正弦波控制的升級版本，實現了電流矢量的控制，也即實現了電機定子磁場的矢量控制。
由于控制了電機定子磁場的方向，所以可以使電機定子磁場與轉子磁場時刻保持在90°，實現一定電流下的最大轉矩輸出。FOC控制方式的優點是：轉矩波動小、效率高、噪聲小、動態響應快；缺點是：硬件成本較高、對控制器性能有較高要求，電機參數需匹配。由于FOC的優勢明顯，目前已在很多應用上逐步替代傳統的控制方式，在運動控制行業中備受青睞。
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