三相无刷/PMSM 低电流电机控制解决方案

  现在，大部分帮助我们生活得更轻松、更舒适的设备都需要机械运动的控制，诸如洗衣机、冰箱、风扇、空调、电动工具和搅拌器等等。
  对于功率较低的应用而言，面向步进电机的新型高集成度控制器/驱动器IC可以为步进电机实现更顺畅的运转和更高的定位精度。
  电机控制并不只是打开或关闭一个开关那么简单，尤其是工业机器人常采用的3相无刷直流(BLDC)电机和永磁异步电机，如何对这些电机进行可靠的稳速或调速控制是目前很多设计师面临的一个难题。
  BLDC电机和PMSM电机目前被广泛用于各种消费产品和工业控制应用领域，利用这些电机的高效率和线性的速度/扭矩特性，可对电机进行稳速、调速控制。
  TI的方案，能完美运转BLDC和BLAC或PMSM电机，能为为50V以下7A电机提供高性能、高能效、经济合理的控制，具有良好的性能和EMC等级，在市场上很有竞争力。

非常感谢TI提供无传感器磁场定位控制器控制方案，目前我们研发一款医用射频肿瘤消融设备，上面就用到电磁驱动泵，学习了TI提供控制技术，我们设备可以进一步改进了！

多轴飞行器通过频繁控制多个电机的转速和正反转来实现前进、后退、起飞、降落等功能，由于电机的正反转或者加减速容易产生反向电动势或者瞬间过压等现象，很容易将电机的驱动器件MOS击穿，该设计为 50V 以下 7A 电机提供高性能、高能效、经济合理的控制，非常适合医用泵、门、电梯、小型泵、机器人和自动化应用。

三相无刷/PMSM低电流电机控制方案，采用双闭环控制，内环是电流，外环是转速。在电流内环上，用adc采样到电机ia，ib，ic三相电流，运用clack，park，clack逆，park逆这四类坐标变换，和转子位置，对电流进行处理，得到i_alpha,i_beta的值，然后通过PI控制器，转变为U_alpha,U_beta值，得到下一周期所施加在电机上的三相电压，这三相电压由于零矢量的运用，呈现马鞍形。而转速外环是得到转子位置，和转速，通过比较器和PI控制器得到参考的i_q值。

FOC控制即为i_d=0控制，该控制简单，且是最大转矩电流比控制，即当i_d=0时，电磁转矩是最大值。

而无刷电机与PMSM电机最大的区别就是，三相电流一个是梯形波，一个是正弦波。

TI公司的这块电机驱动模块小巧，设计巧妙、合理，真的非常不错

        关于这个无位置传感器电机控制的topic，笔者有些心得可以在此谈谈。这个方案正好是同事买来调的，方案做的很棒，当时我们测得负载工况为48V/4A的永磁电机。笔者在板子上跑过FAST算法，从启动的波形或者是正常运转的电流波形来看都是十分完美，最低速度笔者跑过1r/min，转的挺平稳。Controlsuit里无位置传感器常规的转矩电流双闭环或是弱磁高速算法笔者都有跑过，很好用，就是不开源额。。

       单纯的电机控制分为软件和硬件两块。往简单的说，无位置传感器的电机速度控制硬件包括：电源、控制器、逆变桥、电流传感器以及负载电机。软件上包括：双闭环控制器、FOC算法、采样以及保护算法。

        在笔者看来，要做无位置传感器硬件的话，关键在于电流采样电路。TI官方的DEMO板除了正常的三相下桥臂电阻采样之外，在绕组端也用电阻分压采了反电势（笔者不太理解原因。。）。

        关于算法上，目前市面上用的比较多的双闭环算法还是PI算法，外环速度环，内环有dq轴的电流环。不过日本的机器人行业发展的比较迅猛，笔者了解到，日本目前做预测控制的很多，有很多预测控制的算法，包括速度预测和电流预测。小日本的这点是很值得我们学习的。保护算法有最重要的就是过流保护，除了这个还有缺相保护，过压、欠压保护，重负载启动等。FOC磁场定向算法的话最主流的还是SVPWM，除此之外还有直接转矩控制、spwm控制等。

        无位置传感器算法目前主流的有这么几种：滑模观测器、高频注入法、扩展卡尔曼以及神经网络。滑模用在高速效果比较好，目前通用的是龙贝格观测器，这是基于电机模型迭代的算法，对于电机本身参数要求比较高。一般用于工作在高速的风机类电机。在低速和零速下一般用高频注入法，一般是在q轴电压测注入一个电压矢量，能在d轴上得到含有位置角信号的电流，通过滤波得出当前角度。因为此模型忽略了速度这一变量，因此在高速部分如果不做前馈，会有很大的角度误差，导致效率下降。另外两种就不多介绍啦。毕竟笔者没有涉足过。

对于机器人的定义其实有很多不同的声音，去年的AlphaGo，当我第一次听到这人工智能的时候，还以为这是一个机器人，人与机器人面对面的下棋，其实并不是，AlphaGo只是一个富含算法的程序。在我们一般人的理解中，机器人，是有相应的手脚五官，虽然并不像我们动物一样的四肢，但都是可以活动的。

因此，为了实现这些关节的灵活性，电机控制是必不可少的，现实例子中越灵活的机器人，所需的电机是越多的，TI的“三相无刷/PMSM 低电流电机控制解决方案”很好的解决了这个问题。

该解决方案，对适配多种类型的电机，而且为 50V 以下 7A 电机提供高性能、高能效、经济合理的控制，符合机器人的供电要求，为机器人的设计提供了更多的便利

TI的设计方案使用无传感器磁场定位控制 (FOC) 来运转和控制三相无刷直流 (BLDC) 和无刷交流 (BLAC) 电机或永磁同步电机 (PMSM)，为 50V 以下 7A 电机提供高性能、高能效、经济合理的控制，非常适合医用泵、门、电梯、小型泵、机器人和自动化应用。TI提供完整的原理图和测试数据，值得信赖

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你好：在在逆变桥的下桥臂上串接电阻分压作为传感器.采样电流，我也不明白下桥臂关闭，下桥臂串的电阻就没电流了，怎么用电阻采样呢？希望你解释下，谢谢

1.看看你的电感值是多少，如果值太小是没法续流的

2.如果是差分采样，其实也可以放在绕组上

3.如果不想改动硬件，或者电感值确实太小，那么唯一的做法就是在下桥臂开通的时候采电流，也就是说采用定时器事件触发ADC采样的方式去设置ADC的采样时机