正弦波FOC无传感器堵转检测的方法有哪几种？

　　一． 六步方波无传感器BLDC堵转检测
　　对于直流无刷电机的无传感器六步方波，转子位置信息的获取是通过对三相反电动势信号进行采集、比较和计算得到的；其转速也是通过根据过零点的时间差计算得来的。其系统框图如图1所示。但如何来实现其堵转检测功能呢？NXP的无传感器BLDC方波控制方案给出了答案，总体思路就是对反电动势过零的周期进行判断。如果反电动过零周期异常并持续一段时间，就触发堵转检测。在AN4704的参考程序中，StallCheck函数就是实现堵转检测的。可以看到首先该函数对6个过零点周期进行判断，找出最大值和最小值；然后再计算6个过零点周期的平均值；接着对过零点周期平均值和最大值的一半以及过零点周期平均值和最小值的2倍进行比较，如果过零点周期平均值小于最大值的一半或者大于最小值的2倍，那么就属于异常状态，堵转检测故障因子就增加。另外一点就是还要考察如果过零点周期的最小值，看其是否小于设定的堵转检测换相周期最小值，如果是的话，堵转故障因子也增加。如果以上的条件都不满足的话，堵转因子就减小。最后判断堵转因子的值如果超过设定值，就产生堵转事件停机。
　　经过实践的证明，无论是启动阶段还是正常运行阶段，该堵转检测方法都可以可靠且有效的检测出堵转事件。其后面的物理含义也是比较好理解的，我们都知道电机正常运行时，一个电周期中有6次换向，对于大部分流体类应用，连续的6个换向周期内不会存在很大的突变，因此其平均值和最大值及最小值的差距不会特别大，且最小值也不会特别小，因此这两个判据是可以可靠的把堵转事件给检测出来的。
　　二． 正弦波FOC无传感器堵转检测
　　目前对于无刷直流电机的无传感器FOC控制来讲，其堵转检测一般有两种方法，速度波动检测法和反电动势校验法。
　　2.1 速度波动检测法
　　速度波动检测法的基本思路就是在快速环路（电流环）内记录观测器输出的速度值，然后在慢速环路（速度环）内计算速度的平均值以及速度的波动。如果速度的波动超过设定的阈值就可以判断为发生了堵转事件。是不是感觉这种方法似曾相识呢。速度波动法和前面介绍的无传感器BLDC的方波控制堵转检测实质上是一个思路，那就是判断速度反馈是否合理。由于速度波动检测法本身比较简单，另外对于一些反电动势观测器来讲，在某些特定场景下，这种方法可能失效，特别是负载突变的时候，反电动观测器还会继续工作，电机相电流波形也很好，速度输出也会很稳定，但实际上电机并没有运行而是在原地抖动。基于这个原因，本文并不推荐速度波动检测法来检测堵转事件，也就不再花篇幅来深入下去了。另一方面，反电动势校验法则可靠很多，会是本文的重点。
　　2.2 反电动势校验法
　　目前反电动势校验法是检测无传感器FOC方案的主流方案。接下来会重点介绍该方法的原理、代码实现及测试等。
　　2.2.1 原理
　　对于无传感器的FOC控制，最常用的是反电动势观测器，其框图如图3所示。该观测器将αβ坐标系的电压和电流通过Park变换到垂直的γδ坐标系。而γδ坐标系和同步坐标系dq之间的角度差是θerr。后面的Position Tracking Controller实际上就是个PLL，目标是锁定θerr=0；从而确保输出的θestim和转子真实的位置重合。
　　由图3可以看到back-EMF State Filter的输出是γδ坐标系的反电动势。当γδ坐标系与dq坐标系重合的时候，Eδ实际上就是Eq。如果观测器正常工作，Eδ的输出是和转速成正比例的，转速稳定的情况下，Eδ也是平稳的。从另一个角度来看，对于q轴反电动势，如果知道反电动势系数和转速，也是可以根据公式来计算得到的。这样就会有两种途径来获得q轴的反电动势，一个是从观测器输出得到，另一个是从转速和反电动势系数得到。如果两个途径得到的反电动Eq相差比较大，超出了阈值，就可以判定为堵转事件。