无刷电机基础

参考：

得捷电子教你转起一台无刷电机
稚晖君知乎关于无刷电机的讲解

其余参考在文中以链接形式给出

1. 无刷电机的简要原理

无刷电机相比于有刷电机，最大的特点是没有电刷，这就带来了性能佳，寿命长等优点

1.1 无刷电机的分类

直流无刷电机分为下面两类：

无刷直流电机（BLDC）：方波驱动，航模上用的都是这种
永磁同步电机（PMSM）：正弦波驱动，性能比BLDC更优，但算法更复杂

两者大体结构上是相同的，结构上最大的区别是定子的形状不同，这就带来了控制算法的不同

1.2 无刷电机控制系统的基本结构

无刷电机的控制系统包含以下部分

无刷电机
三项驱动（即六个桥，比有刷电机的多一个桥）
控制系统
速度反馈（霍尔传感器直接读取转子位置让控制系统进行信号控制）

1.3 无刷电机的转动原理

1.3.1 BLDC六步换向方波控制法

类似于步进电机，每对线圈按一定规律进行通断即可，每次两两导通

驱动简单，但缺点明显，输出转矩不恒定，电机震动大

tips：步进电机转动的最小单位是一个步距角，无刷电机是连续运转，所以两者并不一样

1.3.2 FOC（Field-Oriented Control）

FOC直译是磁场定向控制，也被称作矢量控制，是目前BLDC和PMSM最优的控制方法之一，三相同时工作

FOC精确控制磁场大小与方向，使电机平稳高效运转

FOC的具体过程有点复杂…略具体可在得捷电子和稚晖君的知乎文章上学习

FOC是一个巨牛逼的算法，用得好可以对电机实现像素级控制，想知道有多牛逼的话可以看稚晖君的这个视频

1.3.3 无传感器无刷电机启动方法

无刷电机需要对速度和位置进行测量，测量就有传感器读取和无传感器估计（有的电机因为条件限制没有能安装传感器）的方案

对于无传感器的电机有专门的启动方法

三段式启动法：

预定位：确定转子的初始位置

通过变化磁场，让转子转到特定的位置

加速运行：让转子加速转动起来
开环切入闭环
当反电动势检测稳定的时候，说明电机速度达到无位置传感器运行的要求，可以切入闭环状态

2.无刷电机相关参数

2.1 KV值

表示电机电压每升高1V，电机转速提升的数值，在无刷电机中，这个值是常量

2.2 表贴式与内嵌式

表贴式（SPM）的无刷电机的转子在电机表面，定子在电机中心。而内嵌式（IPM）的转子在电机中心，和传统电机一样，定子在电机表面。
SPM和IPM影响反电动势的测量

2.3 尺寸

无刷电机的型号命名中有2216、2814等数字，其中，前两位是指定子的外径，后两位是指定子的高度，越大的电机功率越大，重量也越大

2.4 槽数和级数

槽数（N）：定子铁芯的数量，因为无刷电机是三相电机，所以N是三的倍数
级数（P）：定子上磁钢的数量，磁钢是南北极成对使用，所以P是偶数

特性：

N、P越小，转速越高
N相同时，P越大，扭矩越大
N、P越大，电机顿挫越小，震动越小，但槽数多了之后难以做好动平衡

2.5 市面上常用无刷电机型号

因为航模电机不需要精确控制，而且需要控制成本，所以航模电机一般都是BLDC

A2212
2208
3650（感觉这种比较适合用来做小车，这个也是BLDC，驱动板是生成PWM的）
野火PMSM

无刷电机型号巨多，要用的时候自己选型就好

3. 无刷电机驱动

3.1 电子调速器

电子调速器即电调（ESC），特指航模行业的无刷电机驱动器，一般体积小，电流大，工作时间短

只能用来调速，往信号口输入PWM即可驱动，具体怎么驱动的没找到资料，把调速器买来测一下输出就知道了

3.2 FOC驱动器

应用于各个行业，功能多样化和复杂

4.使用ST库让无刷电机转起来

我们需要的硬件：

无刷电机
电机驱动
电机控制器（32可满足）
电源

tips：通过得捷电子可以查到很多相关资料和硬件选型

软件

CubeMax
ST的FOC库 ST Motor Control WorkBenck、ST Motor Profile等

思路：

对于没有得到详细参数的电机，先用ST Motor Profile对电机参数进行辨识（即测量），并将参数保存

有参数的可以直接进入下一步

在Motor Control WorkBenck中对参数进行修改与确认，基本上是自动填好不用再修改了的

没有问题开始生成工程，选择Keil V5和STM32CubeMax的固件版本

点击GENERRATE开始生成工程，成功后点击Run STM32CubeMax对STM32剩下的引脚进行配置，最后在CubeMax中生成代码即可得到完整的工程

编译没有问题可以直接将代码烧到开发板中

回到Motor Control WorkBenck中，点击功能栏中的仪表盘按钮，可以进入控制无刷电机的上位机程序，这时候就可以自如控制电机了

如果想要编程控制电机，研究一下工程中ST的FOC库，用库函数进行编程即可

如果想不使用库，可能就得自己研究控制算法自己写程序了

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