新型无位置传感器无刷直流电机控制系统设计新型无位置传感器无刷直流电机控制系统设计
随着环境污染和能源危机的双重压力加大，人们对电动车的需求逐步提高。电动车通常包含四大部分：控制系
统、电机及其驱动系统、电池和车体。其中，电机及其驱动系统直接决定了电动车的整体特性。相比其他电
机，无刷直流电机凭借在能量密度、效率等方面的明显优势，逐渐成为电动车领域的主要选择。而无位置传感
器的无刷直流电机，更是避免了位置传感器的安装，简化了结构，节约了成本，提高了电机的可靠性。所以，
无位置传感器技术逐渐成为电动车电机驱动领域中的研究热点。 反电动势过零检测法是当前最成熟、应用
最广泛的一种转子位置信号检测方法。但其有一些不可避免的缺点，如低速换相不准确、无法自启动等。为了
克服这些缺点，本文提出了
随着环境污染和能源危机的双重压力加大，人们对电动车的需求逐步提高。电动车通常包含四大部分：控制系统、电机及
其驱动系统、电池和车体。其中，电机及其驱动系统直接决定了电动车的整体特性。相比其他电机，无刷直流电机凭借在能量
密度、效率等方面的明显优势，逐渐成为电动车领域的主要选择。而无位置传感器的无刷直流电机，更是避免了位置传感器的
安装，简化了结构，节约了成本，提高了电机的可靠性。所以，无位置传感器技术逐渐成为电动车电机驱动领域中的研究热
点。
反电动势过零检测法是当前最成熟、应用最广泛的一种转子位置信号检测方法。但其有一些不可避免的缺点，如低速换相
不准确、无法自启动等。为了克服这些缺点，本文提出了一种新型的无位置传感器无刷直流电机控制系统。它利用FPGA作为
主控芯片，对反电势过零检测算法进行改进，完成在全速范围内对逆变器换相时刻的准确计算；同时还集成了电压、电流双闭
环调节器和PWM调制器，实现对控制对象转速的精密调节。总之，系统具有集成度高、调速精度好的特点，不存在程序跑飞
和死机的问题，满足了电动车对电机控制器稳定运行的要求。
反电动势一般出现在电磁线圈中，如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈、电动机、电感等。通常情况下，只要存在电能与
磁能转化的电气设备中，在断电的瞬间，均会有反电动势，反电动势有许多危害，控制不好，会损坏电气元件。
1 系统工作原理系统工作原理
系统功能结构框图如图1所示。其中，反电势过零检测电路能够借助反电势计算模型，估测出转子位置信号，从而控制逆
变器换相，使得供电频率与转子转速同步。转速调节器和电流调节器组成了转速、电流双环控制器，调整逆变器输出电压的占
空比，从而改变加在无刷直流电机定子上的电压，使得电机以最优的轨迹无静差地跟随转速给定。
1.1 反电势过零检测算法反电势过零检测算法
直流无刷电机启动后，转子磁极产生的磁通切割定子绕组产生反电势E，其大小正比于电机的转速及气隙磁场B。而当转
子极性改变时，反电势波形的正负也相应改变。所以只要测出反电势波形的过零点，就可以确定转子的精确位置，并以此控制
电机的换相。电机反电势与开关管工作顺序图如图2所示。
反电势本身不能直接测出，但反电势与电压有关，通过检测电压可计算出反电势。例如，对直流无刷电机采用三相六状态
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