无刷直流电机原理

3.1  闭环控制
我们可以通过闭环测量当前电机的转速而达到控制电机的转速的目的，我们通过计算期望转速和实际转速的误差，然后使用PID算法去调节PWM的占空比以达到控制电机转速的目的。对于低成本，低转速的应用场合，可以使用霍尔传感器获得转速反馈。利用PIC18FXX31微控制器本身的一个定时器去测量两个霍尔元件输出信号，然后根据这个信号得出实际的转速。在高转速应用场合，我们可以在电机上装上光电编码器，可以利用其输出相差90°的信号进行转速和转向的测量。通常，光电编码器还可以输出PPR信号，使得可以进行较精确的转子定位，编码器的编码刻度可以上百甚至上千，编码刻度越多，精度越高。
4. 反电动势（BACK EMF）
根据楞次定律，当BLDC转动时其绕组会产生与绕组两端电压相反方向的反向电压，这就是反电动势（BACK EMF）。记住，反电动势和绕组所加电压是反向的。决定反电动势的主要因素有以下几点：
  转子的角速度；
  转子永磁体的磁场强度；
  每个定子绕组缠绕的线圈数量。
计算反电动势的公式：
Back EMF = (E) ∝NlBw
其中：
  N为每相绕组的线圈数量
  L转子的长度
  B为转子的磁通密度
  W为转子的角速度
当电机一旦做好，那么其绕组的线圈数量和永磁体的磁通密度就定了，由公式可知，唯一决定反电动势的量就是转子的角速度（也可以换算为线速度）且角速度和反电动势成正比。厂家一般会提供电机的反电动势常量，通过它我们可以用来估计某一转速下反电动势的大小。绕组上的电压等于供电电压减去反电动势，厂家在设计电机的时候会选取适当的反电动势常量以便电机工作时有足够的电压差可以使电机达到额定转速并具有足够的转矩。当电机超过额定转速工作时，反电动势会持续上升，这时加在电机绕组间的有效电压会下降，电流会减少，扭矩会下降，当反电动势和供电电压相等的时候，电流降为0，扭矩为0，电机达到极限转速。
5. 无传感器BLDC控制
目前为止，我们所讨论的都是基于霍尔元件获取电机转子位置的换向器控制方式，其实可以直接通过测量电机反电动势而知道转子的位置，在图2.6.1中已经可以比较清晰的看出反电动势和霍尔元件输出信号之间的关系。通过前些章节的讨论，我们可以看出在任何时候，电机的绕组都是有一相为正向通电、一相为反向通电和另外一相为不通电。当某相反电动势反向的时候霍尔传感器的输出也跟着
变化。理想状态下，霍尔元件的输出会在相反电动势过零的时候发生改变，实际应用时会有一段小的延迟，这种延迟可以通过微控制器补偿。图3.1.1为利用反电动势过零检测的方式来控制BLDC。