AN1083使用反电动势滤波进行无传感器

在当今的电气工程领域，无传感器无刷直流电机（BLDC）控制技术的应用越来越广泛。BLDC电机因其高效率、长寿命、低维护成本以及良好的控制特性而受到青睐。无传感器控制技术的发展尤其重要，因为它减少了外部硬件需求，降低了成本和复杂性，同时提高了系统的可靠性。Microchip公司发布的AN1083应用笔记详细介绍了使用反电动势（back-EMF）滤波进行无传感器BLDC控制的算法实现方法。 让我们了解一下BLDC电机的基本概念和工作原理。BLDC电机是一种利用电子换向代替传统有刷电机中使用的机械换向装置的电机。它通常采用三相定子绕组和一个永磁转子。由于转子包含永磁体，定子绕组通电后，会与转子中的磁力相互作用产生旋转力矩。为了保持旋转，需要按照一定顺序周期性地向定子绕组施加电流。通常，这个过程称为换相。 在无传感器控制技术中，电机控制器需要检测转子的位置来决定正确的换相时机。在AN1083中，这个任务是通过分析电机的反电动势信号来完成的。反电动势是指电机绕组在运动中由于电磁感应产生的电动势，其波形与电机的转速和位置密切相关。 使用dsPIC®数字信号控制器（DSC），如dsPIC30F6010A，可以对反电动势进行数字滤波处理，从而得到准确的转子位置信息。dsPIC系列是Microchip推出的高性能数字信号控制器，具有内置的模数转换器（ADC）和高速数字信号处理能力，非常适合执行这种复杂的算法。 在AN1083文档中，所描述的算法在PICDEM™MCLV和dsPICDEM™MC1开发板上得到了实现。这两种开发板都基于dsPIC30F系列DSC，可以根据不同的应用需求选用不同的型号，如dsPIC30F3010或dsPIC30F2010。开发者可以通过使用这些开发板来测试和验证算法，以及调整电机的最大运行速度、PID速度控制环参数和开环起动加速过程。 具体到算法实现，AN1083提到了六步（梯形）换相方法，这是一种常见的换相策略，以确保电机绕组在正确的时刻通电。每一步对应60个电角度，六个步骤合起来就是一个完整的电气周期。通过这种策略，电机可以实现连续平滑的旋转。 此外，文档还提到了电机的不同连接方式，如Y型连接，其中电机有三条引线，每条引线连接一个绕组。在Y型连接中，每个绕组都连接到一个共同的中点，因此电流可以通过不同的绕组流动产生不同的磁场，从而驱动转子旋转。 在实际应用中，BLDC电机被用于各种领域，包括模式化RC电机、风扇、硬盘驱动器、气泵以及牙钻等。AN1083中提到的控制算法适用于转速在40k到100k电气RPM范围内的BLDC电机。这类电机的测试包括多种电机模型，如4极12V风扇电机、14极12V航空发动机模型以及4极24V BLDC电机模型等。 在实现算法时，除了硬件资源如处理器、程序存储器和RAM的使用之外，还提到了PID速度控制环的调节。PID控制是一个反馈控制系统，它根据设定的目标速度和实际速度的差异来调整控制输出，以达到期望的动态响应和稳定性。此外，还有开环起动加速过程，这是为了在电机启动时能够平稳加速至设定的运行速度。 整个AN1083应用笔记不仅提供了算法实现的详细步骤和测试结果，而且还介绍了相关硬件平台的使用和电机控制的理论基础。通过这种方法，开发者可以构建高效、响应迅速的无传感器BLDC电机控制系统，大大拓宽了无刷直流电机的应用范围，为现代电气控制系统的设计提供了重要的参考和指导。