基于SMC的无刷直流电机的矢量控制

基于foc矢量控制的无刷直流电机控制器设计文章标题：基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计探索序无刷直流电机（BLDC）在各种应用中都得到了广泛的应用，由于其高效率、低噪音和低维护要求，成为了许多行业的首选。

在BLDC电机的控制中，FOC矢量控制技术已经成为了一种重要的控制方法。

本篇文章将全面探讨基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计的相关内容，旨在帮助读者更深入地理解这一技术并应用于实际项目中。

一、FOC矢量控制技术的概述在介绍基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计之前，首先我们需要了解FOC矢量控制技术的概念和原理。

FOC矢量控制是一种通过控制电机的电流和转子磁通实现对电机的高效、精准控制的技术。

在FOC矢量控制中，通过对电机的三相电流进行精准控制，可以实现电机的高效运行，降低能耗和提高性能。

1. FOC矢量控制的基本原理在FOC矢量控制中，电机的三相电流被分解为两个独立的分量：一个是沿着磁场转子磁通方向的磁通分量，另一个是与磁场垂直的转子电流分量。

通过对这两个分量进行独立控制，可以实现对电机的高精度控制，达到最佳的运行效果。

2. FOC矢量控制的优势相较于传统的直接转矩控制（DTC）技术，FOC矢量控制具有更高的控制精度和动态响应，能够更好地适应各种工况下的控制需求，对电机能效比提升和转矩波动降低等方面有着显著的优势。

二、基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计是一个复杂而又具有挑战性的工程项目。

在设计过程中，需要考虑到电机的参数识别、闭环控制算法、硬件设计等多个方面的内容。

1. 电机参数识别在进行FOC矢量控制器设计之前，首先需要对电机进行参数识别。

这包括电机的定子电感、磁通链路和电阻等参数的准确测量和识别，这些参数的准确性将直接影响到FOC矢量控制的效果。

2. 闭环控制算法针对FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计，闭环控制算法是非常关键的一部分。

无刷电机矢量控制原理无刷电机是一种采用电子换相方式来实现转子转动的电机，相比传统的有刷电机，无刷电机具有结构简单、可靠性高、效率高的优点。

而无刷电机的矢量控制则是一种先进的控制方法，可以实现电机速度和转矩的精确控制。

无刷电机的矢量控制原理基于电机的电磁方程和空间矢量调制理论，通过采样电机的转子位置和电流信息，实时计算出电机所处的转子位置和转速，并根据控制指令和电机的工作状态，调整电机的相电流大小和相位角，实现对电机的精确控制。

具体而言，无刷电机的矢量控制可以分为两个主要部分：速度闭环控制和电流闭环控制。

在速度闭环控制中，通过采样电机的转子位置和电流信息，计算出电机的转速和位置。

然后，将期望转速和实际转速进行比较，得到速度误差。

根据速度误差，通过调整电机的电流大小和相位角，控制电机的转速接近期望转速。

这一过程可以使用PID控制器来实现，通过调整PID参数，可以实现电机速度的精确控制。

在电流闭环控制中，通过采样电机的电流信息，计算出电机的电流大小和相位角。

然后，将期望电流和实际电流进行比较，得到电流误差。

根据电流误差，通过调整电机的电压大小和相位角，控制电机的电流接近期望电流。

这一过程也可以使用PID控制器来实现，通过调整PID参数，可以实现电机转矩的精确控制。

无刷电机的矢量控制还可以实现其他功能，如位置控制和转矩控制。

在位置控制中，通过采样电机的转子位置和电流信息，计算出电机的位置误差。

然后，根据位置误差，通过调整电机的电流大小和相位角，控制电机的位置接近期望位置。

在转矩控制中，可以通过调整电机的电流大小和相位角，实现对电机转矩的精确控制。

无刷电机的矢量控制原理是一种先进的电机控制方法，通过采样电机的转子位置和电流信息，实时计算出电机所处的转子位置和转速，并根据控制指令和电机的工作状态，调整电机的相电流大小和相位角，实现对电机的精确控制。

通过矢量控制，可以实现电机速度、位置和转矩的精确控制，提高电机的性能和效率。

永磁同步电动机PM SM矢量控制系统的研究夏燕兰(南京工业职业技术学院，南京2100146)研究与开发摘要本文根据永磁同步电动机PM SM I钩数学模型，分析了PM SM的矢量控制原理，对PM SM矢量控制系统。

进行了分析和仿真，实验结果证明PM SM矢量控制系统具有优良的动、静态性能。

关键词：PM SM；数学模型；矢量控制R es ear ch of V ect or C ont r ol Sys t em f or PM SMX i d Y anl an(N anj i ng I nst i t ut e of l ndust ry and Technol ogy,N anj i ng210046)A bs t r act A cc or di ng t o t he m at hem at i cal m ode l of PM SM，t he paper i nt r oduces t he pri nc i pl e ofvec t o r C ont r ol f or PM SM，anal yzes and s i m ul at es t he vect or c ont r ol s ys t em of PM SM．The exper i m entr e sul t s s how t he c ont r ol s ys t em of P M SM can achi eve go od dyna m i c and st a t i c per f orm ances．K ey w or ds：per m anent m a gne t s yn chr ono us m ot or；m at he m at i c al m odel；vec t or c ont r oll引言永磁直流无刷电动机因体积小、性能好、结构简单、调节控制方便、调速范围广、动态响应快等特点而得到了越来越广泛的应用，尤其应用在智能机器人、航空航天、精密电子仪器与设备等对电机性能、控制精度要求比较高的领域和场合。

知识专题：基于foc矢量控制的无刷直流电机控制器设计一、简介无刷直流电机（BLDC）是一种使用电子换向控制器而不是机械换向器来转动电机的电机类型。

它具有高效率、低噪音和长寿命等优点，因此在许多领域得到广泛应用。

而基于磁场定向控制的FOC矢量控制则是一种提高无刷直流电机性能的先进控制技术。

本文将就基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计进行深入探讨，包括其原理、设计要点以及应用场景等。

二、FOC矢量控制原理及优势FOC矢量控制是一种以矢量运算为基础的控制策略，通过对电机磁场和电流进行矢量控制，可以实现电机高效、精确的控制。

与传统的直接转矩控制（DTC）相比，FOC矢量控制具有转矩响应快、效率高、噪音小等优势，特别适用于对电机性能要求较高的场景。

三、基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计要点1. 电机参数识别：首先需准确识别电机的参数，包括电感、电阻、磁通极链系数等。

这些参数将直接影响控制器设计和性能表现。

2. 闭环控制策略：基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器通常采用闭环控制策略，例如PID控制。

通过精确的闭环控制，可以实现电机的精准转速和位置控制。

3. 硬件设计：控制器的硬件设计非常重要，包括功率电子器件选型、电路板布线、散热设计等。

合理的硬件设计可以提高控制器的稳定性和效率。

4. 软件算法：控制器的软件算法是FOC矢量控制的核心，其中包括空间矢量调制、换向算法、速度闭环控制等。

优秀的软件算法可以提高电机的控制精度和动态性能。

四、基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器应用场景1. 电动汽车：FOC矢量控制的无刷直流电机控制器在电动汽车领域有着广泛的应用。

其高效、精准的控制特性可以提高汽车的动力性能和续航里程。

2. 工业机器人：在工业机器人领域，FOC矢量控制的无刷直流电机控制器可以实现机器人的高速精度运动，提高生产效率和产品质量。

个人观点基于FOC矢量控制的无刷直流电机控制器设计是现代电机控制领域的重要研究方向，其在提高电机性能和应用领域拓展方面具有巨大潜力。

无刷直流电机矢量控制技术1. 引言无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDC）是一种由于无刷电机使用先进的电子技术而获得广泛应用的直流电机。

传统的有刷直流电机由于刷子的摩擦和损耗等问题，逐渐被无刷直流电机所替代。

无刷直流电机矢量控制技术是一种先进的电机控制技术，能够实现对电机转矩和转速的精确控制。

本文将深入探讨无刷直流电机矢量控制技术的原理、应用和相关源码实现。

2. 无刷直流电机矢量控制原理无刷直流电机矢量控制技术是基于空间矢量变换理论，通过调节电机绕组的电流大小和方向来控制电机的输出转矩和转速。

2.1 空间矢量变换的原理空间矢量变换是一种将三相交流电转换成矢量形式进行运算的方法。

对于无刷直流电机来说，将三相交流电转换成矢量形式后，可以根据电机的电磁特性进行控制。

2.2 电机矢量控制的基本原理电机矢量控制的基本原理是通过分别控制直流电机的磁场和转子的旋转磁场，实现对电机的转矩和转速的精确控制。

具体来说，通过改变电机绕组中的电流大小和方向，可以改变电机磁场的大小和方向，从而实现对转矩和转速的控制。

2.3 无刷直流电机矢量控制的步骤无刷直流电机矢量控制的步骤包括：电流测量、矢量变量计算、电流控制和转矩控制等。

3. 无刷直流电机矢量控制的应用无刷直流电机矢量控制技术在工业控制和自动化领域具有广泛的应用。

以下是该技术的几个常见应用场景：3.1 电动汽车在电动汽车中，无刷直流电机矢量控制技术被广泛应用于电动车辆的动力系统中。

通过矢量控制技术，可以精确控制电动车辆的加速度、制动力和转向性能，提高电动汽车的驾驶性能和能源利用率。

3.2 工业机械在工业机械领域，无刷直流电机矢量控制技术可以应用于各种需要精确控制转矩和转速的场景。

例如，机械加工、运输设备和机器人等。

通过矢量控制技术，可以实现对机械设备的高效、精确和稳定的控制。

3.3 家电产品无刷直流电机矢量控制技术在家电产品中也具有重要应用。

无刷直流电机矢量控制技术源码无刷直流电机矢量控制技术是一种先进的电机控制技术，具有高效、节能、精确、可靠等特点，广泛应用于电动汽车、工业自动化等领域。

本文将介绍无刷直流电机矢量控制技术的相关原理和源码实现。

无刷直流电机矢量控制是一种基于电机磁场矢量控制的技术，其原理如下：1.电机磁场分解无刷直流电机的磁场可以分解为旋转磁场和定子磁场两个分量。

旋转磁场是由永磁体或电励磁铁产生的磁场，其方向固定不变。

定子磁场由永磁体或电励磁铁产生的磁场，其方向随电机电流变化而变化。

2.电机状态转移矩阵电机状态转移矩阵是一种描述电机状态变化的数学模型，其由下列三个状态变量组成：转速、旋转磁场电流和定子磁场电流。

通过控制这些状态变量，可以实现对电机运动的精确控制。

3.矢量控制算法无刷直流电机矢量控制算法是一种基于电机状态转移矩阵实现的控制算法，其主要目的是实现对电机旋转磁场的准确控制。

该算法通过对电机状态变量进行测量和反馈控制，实现对电机输出扭矩和转速的精确控制。

下面给出一个简单的无刷直流电机矢量控制的源码实现，供参考：```#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <math.h>#define pi 3.1415926535/* 无刷直流电机状态变量结构体定义 */typedef struct{float speed; // 转速float i_q; // 旋转磁场电流float i_d; // 定子磁场电流}Motor_State;/* 矢量控制算法相关变量 */Motor_State Target_State; // 目标状态Motor_State Actual_State; // 实际状态PID_Controller i_q_pid, i_d_pid; // 电流PID控制器/* 矢量控制算法函数 */void Vector_Control(Motor_State Target_State, Motor_State Actual_State){// 计算误差和积分值i_q_pid.error = Target_State.i_q - Actual_State.i_q;i_q_pid.integral += i_q_pid.error;i_d_pid.error = Target_State.i_d - Actual_State.i_d;i_d_pid.integral += i_d_pid.error;// 计算PID输出float i_q_output = i_q_pid.kp*i_q_pid.error + i_q_pid.ki*i_q_pid.integral + i_q_pid.kd*(i_q_pid.error-i_q_pid.error_last);float i_d_output = i_d_pid.kp*i_d_pid.error + i_d_pid.ki*i_d_pid.integral + i_d_pid.kd*(i_d_pid.error-i_d_pid.error_last);// 计算旋转磁场电流和定子磁场电流Actual_State.i_q = i_q_output*cos(Actual_State.speed*2*pi/60) -i_d_output*sin(Actual_State.speed*2*pi/60);Actual_State.i_d = i_d_output*cos(Actual_State.speed*2*pi/60) +i_q_output*sin(Actual_State.speed*2*pi/60);// 更新状态Actual_State.speed += (Actual_State.i_q*Target_State.i_d -Actual_State.i_d*Target_State.i_q)*pi/30;Actual_State.i_q += (i_q_output - Actual_State.i_q)*0.1;Actual_State.i_d += (i_d_output - Actual_State.i_d)*0.1;// 更新误差值i_q_pid.error_last = i_q_pid.error;i_d_pid.error_last = i_d_pid.error;}三、总结无刷直流电机矢量控制技术是一种非常实用的电机控制技术，在实际应用中能够大大提高电机的效率、稳定性和精度。

基于SMC的无刷直流电机的矢量控制刘建林;罗德荣;韩建;李良涛【摘要】传统的无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)的控制方式通常采用转速PI控制,转速电流PI控制等控制策略,这类控制方法简单,但同时也存在一些转速误差较大,转矩抖动明显等问题.为解决这些问题,采用矢量控制策略,并提出积分滑模算法(Sliding Mode Control,SMC)代替电流q轴分量PI调节算法.通过搭建该调速系统仿真模型及实验分析,与传统PI控制算法相比,该系统转速跟踪误差小,转矩抖动明显减小,系统动态响应快,鲁棒性强.%The control method of Brushless DC Motor (BLDCM) usually adopts the control strategy of speed PI control and speed current PI control.Such control method is simple, but there are some problems such as large error of rotational speed, obvious torque jitter and other issues.To tackle these problems, vector control strategy is used and an integral sliding-mode control algorithm(SMC) is proposed to replace the current PI control pared with the traditional PI control algorithm, this system has small speed error and small torque jitter.The dynamic response of the system is fast and the robustness is strong.【期刊名称】《湖南师范大学自然科学学报》【年(卷),期】2017(040)003【总页数】7页(P64-70)【关键词】无刷直流电机;矢量控制;积分型滑模控制;比例积分微分控制【作者】刘建林;罗德荣;韩建;李良涛【作者单位】湖南机电职业技术学院,中国长沙 410151;湖南大学电气与信息工程学院,中国长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,中国长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,中国长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,中国长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TM301.2无刷直流电机是一种新型的由电机主体和驱动器组成的机电一体化产品.由于其良好的控制性能，较宽的调速范围，大的启动转矩以及高效率，运行平稳等优点广泛应用于汽车，工业自动化，航空航天等方面.传统的无刷直流电机一般采用PI控制，算法简单，易于控制，但缺点也很明显：噪声高，转矩脉动大，对电机控制效率不高.近年来，包括矢量控制，直接转矩控制策略，以及模糊控制，神经网络控制，滑模控制算法在内的许多现代控制理论被逐渐应用到无刷直流电机的调速系统中.其中，滑模控制由于具有很强的鲁棒性以及对系统参数要求低等优点越来越受关注.文献[1]对永磁无刷直流电机的几种典型驱动电路拓扑结构，以及转矩脉动抑制，无位置传感器控制等进行介绍并对其发展趋势进行介绍.文献[2]在传统PID控制算法基础上设计了神经网络控制，这不仅提高了响应速度，而且提高了精度，但系统抖振问题并没有解决.文献[3]设计了永磁无刷直流电机的模糊PI控制，有效提高了响应速度和精度，却不能解决系统抖振问题.文献[4]设计了无刷直流电机的矢量控制，并搭建了Matlab仿真模型，对转速，转矩波形进行分析，发现响应速度和控制精度得到进一步提高，但是没能进行实验验证.文献[5]设计了积分滑膜变结构代替原来PID控制，使得响应速度进一步提高，并且增强系统鲁棒性.文献[6]在永磁同步电机矢量控制的基础上用积分滑膜结构代替PID控制，并设计了负载转矩观测器，能有效提高精度，加快系统响应速度，并且有效降低负载抖振问题.文献[7]设计了基于扩张状态观测器的BLDCM的滑模变结构控制，这有效抑制外界的干扰，对于系统抖振的抑制起到一定作用.文献[8]在传统直接转矩控制的基础上，设计了一种超空间矢量的DTC控制，该策略不需要检测转子位置信号，对原有系统进行极大简化.郭鸿浩等[9]设计了无刷直流电机的自适应滑模观测器，能对其反电动势进行实时估测，与之前的查表法相比更精确.史婷娜等[10]则设计了基于改进型滑模观测器的无刷直流电机的无位置传感器控制，使得系统响应速度加快，增强其鲁棒性.为克服电机负载运行时转矩波动大，稳态控制精度不高和抖震，本文在矢量控制的基础上提出一种基于积分滑模设计的滑模控制算法，对电机的d—q轴电流调节采用PI控制算法，对电机速度调节采用滑模控制算法.通过仿真分析，这种控制算法可以更好抑制负载引起的转速波动，有效提高抗负载扰动性能.现以两极三相无刷直流电机为例，直接利用电动机相变量建立数学模型.先作以下假设：忽略空间谐波，定子三相绕组完全对称，空间互差120度，参数相同；忽略定子铁芯齿槽效应的影响；忽略功率器件导通和关断时间的影响，功率器件导通压降恒定，关断后等效电阻无穷大；忽略定子绕组电枢反应的影响，各绕组自感和互感恒定不变；电机气隙磁导均匀，忽略磁路饱和，不记磁滞损耗和涡流损耗.基于以上假设，无刷直流电机的由三相定子建立的数学模型如下：其中ua，ub，uc分别为定子三相电压;ea，eb，ec分别为定子A，B，C三相绕组产生的梯形反电动势;ia，ib，ic分别为三相电流;R为三相绕组电阻;L为三相定子电感;M为三相绕组之间互感.1.1 BLDCM转矩方程BLDCM运动方程为Te-Tl-B·w=J·,式中Te为无刷直流电机转矩；TL为负载转矩；w为电机机械角速度；B,J分别为电机的摩擦系数和转动惯量.基于ABC三相静止坐标系的转矩方程为Te=,基于d-q坐标系的电磁转矩方程为Te=··(ed·id+eq·iq),式中p为电机极对数；ed，eq分别为d-q坐标系下反电动势分量；id，iq分别为d-q坐标系下电流.取id=0，从而转矩方程为Te=··eq·iq,式中eq随转子位置变化而变化,从而如果提前确定转子位置,那么k(θ)便是一个定值，在某一段时间间隔内可以看做是Te与iq成线性变化，即：Te=k(θ)·iq.从上式可以看出，BLDCM在稳定状态下运行时，电机电磁转矩接近恒定，然而k(θ)随时间的变化而不断变化，所以iq将不再像永磁同步电机中的iq那样保持近似恒定，而是随着时间做周期性的变化.1.2 反电动势eq与机械角速度w的关系采用无刷直流电机为梯形波反电动势波形的BLDCM,从而可以得到三相反电动势波形.在已知电机机械角速度w以及反电动势常数k的条件下，可由反电动势波形结合转子位置可以得到无刷直流电机每个时刻的反电动势与转速的关系.经过三相静止坐标系ABC到两相旋转坐标系d-q变换，便可由ka=，kb=，kc=得到kd=，kq=，因而便可以确定k(θ)=的值.从而只要知道电机转子的位置，k(θ)便是一个已知的常数.2.1 积分型滑模面滑模控制器的设计是依据电机实际转速w与给定转速w*的比较值u(t)进行调节，以达到误差最小化的目的.比较值为u(t)=w*-w，该BLDCM的状态变量可取：式中w*为给定的期望转速；w为实际转速；u(t)为偏差量.之前许多文献中滑模面的选取会包含速度误差与稳态误差，这一过程会带来高频噪声.在之前的基础上加入状态量的积分量，所取积分模面s为s=u(t)+c·u(t) ·dt，令s=0，则有u(t)′=-c·u(t)，该微分方程的解为u(t)=c2·e-c·t.该式表示速度误差以-c为指数趋近0.因而可以提前确定系数c来控制滑模运动的特性.在t=0时，u(0)=w*，令s=0，于是可以选取积分初始值：u(t) dt=-.上式表示系统从一开始就在滑模面上运动，于是系统便具有全局鲁棒性.2.2 BLDCM滑模结构控制率的设计对积分滑模面切换函数s求导有：为提高系统的动态品质，可采用如下指数趋近律s′=-λ·sgn(s)-μ·s,其中λ,μ均为正的常数.从而可以得到由于在实际的滑模变结构控制系统中存在时间延迟与空间滞后的问题，从而使得该系统存在高频抖振.本文中所用到的指数趋近律法能较好减小滑模抖振问题，因而合理设计趋近律便能解决该问题.在该系统中采用饱和函数sat(s,δ)代替符号函数sat(s)，能进一步解决抖振问题.饱和函数表达式如下：式中δ为滑模切换面的边界层厚度.于是控制律便可表示为：2.3 控制器的设计从上式可以看出，积分型滑模面所设计的控制律包含了负载转矩TL,而负载转矩未知.然而，加入在已知电机转速的条件下,便可以得到=0,对上式求导可得其中，k0=，k1=c-,k(θ)=.依据上式可以设计出积分滑模面控制器.为验证所设计控制器的合理性，通过Matlab/Simulink建立仿真模型，并以TMS320F28335为控制芯片搭建实物试验系统.调速系统采用id=0的矢量控制方案,并以积分滑模算法代替传统PI控制算法.实验所采用的BLDCM的参数见表2. 3.1 BLDCM传统转速电流闭环控制图2所示为BLDCM的最常规的控制系统，采用转速及电流双闭环控制策略，控制算法为传统PID控制算法.给定转速500 rpm,负载转矩为0.8 N·m.仿真波形如图3～图6.从图3～6仿真波形不难看出，在传统的BLDCM的PID转速电流闭环控制模式下，其转速及转矩抖动比较大，尤其是转矩抖动相当大，从转速波形也不难看出，系统跟踪响应速度缓慢.为此，本文提出如下BLDCM的矢量控制系统(图7).3.2 BLDCM矢量控制通过BLDCM的电磁转矩矢量方程可以得到如下矢量控制系统(图7)，并在原有控制系统中加入积分滑模结构.图8为BLDCM在常规PI控制与积分型滑模控制条件下空载启动的波形图.从图中可以看出采用积分滑模变结构的条件下能更快到达额定转速，上升时间短，调节时间快.图9和图10则是在负载突减的条件下转速与转矩在两种算法的条件下仿真所得的波形图.在负载转矩由1.2 N·m突减为0.8 N·m时，可以从图中看出，在SMC控制算法下，转速抖动比普通PI控制算法小，而且转速能很快稳定到额定转速(经过约75 ms恢复给定值)，能跟踪系统快速响应，调节时间快.从转矩的波形图中可以看出，SMC策略下的转矩变化更快(经过约20 ms恢复到给定值)，能快速跟踪给定信号，且误差波动更小.图11和图12为负载突增时两种控制算法条件下的转速与转矩变化波形图.从图5中可以看出，在负载转矩由0.8 N·m突增为1.2 N·m时，SMC控制算法下的转速在0.3 s时已经稳定至额定转速，而普通PI响应速度则较慢；从图6中可以看出，在0.23 s时SMC控制算法下的转矩基本稳定为1.2 N·m，而普通PI算法下的转矩在0.28 s才稳定到1.2 N·m，且转矩抖动更小，无超调现象.说明SMC控制算法下的调速系统能快速跟踪响应，调节时间快，能有效抑制抖振.通过以上分析，可以看出该SMC算法下的控制系统对电机启动，负载突增及突减条件下能快速响应，鲁棒性好.为了实现无刷直流电机的较高精度控制，在以下方面做了改进，并通过实验与仿真，验证了改进方案的可行性.通过采用传统转速控制方式与现有的矢量控制对比发现，BLDCM的矢量控制能在原来基础有效较小转矩抖动，对于电机系统稳定性的提升具有很大帮助.采用id=0的矢量控制策略，通过对电机的转速与电流的闭环控制，能更快，更稳定调节电机的实时运行状态，具有运行平滑，启动迅速，效率高的效果.通过利用积分滑模变结构代替原有的PI控制器，能有效减小转矩抖动，增强系统稳定性，该控制器的引入使系统具有全局稳定性.将积分滑模变结构引入无刷直流电机的矢量控制系统中，能有效提高系统稳定性.【相关文献】[1] 夏长亮，方红伟.永磁无刷直流电机及其控制[J].电工技术学报,2012,27(3):25-34.[2] 刘国海，金鹏，魏海峰.无刷直流电机调速系统神经网络逆控制[J].电工技术学报,2010,25(8):25-30.[3] 温嘉斌，麻宸伟.无刷直流电机模糊PI控制系统设计[J].电机与控制学报,2016,20(3):102-108.[4] 张鹏，贾洪平，王云财，等.模糊PI无刷直流电机矢量控制系统实现[J].机电工程,2016,33(2):202-206.[5] 徐金龙，张向文，刘政，等.基于积分滑模面的无刷直流电机滑模调速控制算法[J].微电机,2015,48(5):61-65.[6] 李政，胡广大，崔家瑞，等.永磁同步电机调速系统的积分滑模变结构控制[J].中国电机工程学报,2014,34(3)：431-437.[7] 夏长亮，刘均华，俞卫，等.基于扩张状态观测器的永磁无刷直流电机滑模变结构控制[J].中国电机工程学报,2006,26(20)：139-143.[8] 高瑾，胡育文，黄文新，等.超空间矢量下无刷直流电机的直接转矩控制[J].中国电机工程学报,2007,27(24):97-101.[9] 郭鸿浩，周波，左广杰，等.无刷直流电机反电动势自适应滑模观测[J].中国电机工程学报,2011,31(21)：142-149.[10] 史婷娜，肖竹欣，肖有文，等.基于改进型滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制[J].中国电机工程学报,2015，35(8)：2044-2051.。

无刷直流电机矢量控制技术一、引言无刷直流电机（BLDC）在工业生产和家用电器中都有广泛应用，而矢量控制技术是BLDC控制的重要方法之一。

本文将详细介绍无刷直流电机矢量控制技术的原理、实现方法以及应用场景。

二、无刷直流电机简介无刷直流电机是一种基于永磁体和交变电源的转子驱动器，其结构与传统的有刷直流电机不同。

BLDC具有高效、低噪音、长寿命等优点，在许多领域都有广泛应用。

三、矢量控制原理矢量控制是一种高级的BLDC控制方法，它充分利用了BLDC结构中的永磁体，通过对永磁体和转子位置进行精确测量和计算，实现对转子位置和速度的精确控制。

1. 空间矢量理论空间矢量理论是BLDC矢量控制中最基本的理论之一。

它将三相交流信号表示成一个旋转向量，在不同时间点上旋转不同角度，从而实现对BLDC驱动器输出信号的精确调节。

2. 磁场定向控制磁场定向控制是BLDC矢量控制中的另一个重要理论。

它通过对BLDC中的永磁体和转子位置进行精确测量和计算，实现对转子位置和速度的精确控制。

四、矢量控制实现方法BLDC矢量控制有多种实现方法，其中最常见的是基于DSP芯片的数字式矢量控制。

下面将介绍数字式矢量控制的实现方法。

1. 传感器信号采集数字式矢量控制需要采集BLDC驱动器中的多个信号，包括电流、电压、角度等。

这些信号需要通过传感器进行采集，并通过AD转换器将模拟信号转换为数字信号。

2. 控制算法设计数字式矢量控制需要设计一套高效稳定的控制算法，以实现对BLDC 驱动器输出信号的精确调节。

这些算法包括PID算法、FOC算法等。

3. DSP芯片编程DSP芯片是数字式矢量控制中最重要的组成部分之一。

它需要编写相应的程序代码，以实现对BLDC驱动器输出信号的精确调节。

五、应用场景BLDC矢量控制技术在许多领域都有广泛应用，包括工业生产、家用电器、电动车等。

下面将介绍BLDC矢量控制在电动车中的应用。

1. 电动车驱动系统BLDC矢量控制技术可以应用于电动车驱动系统中，通过对BLDC驱动器输出信号的精确调节，实现对电动车速度和转向的精确控制。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要电动汽车具有清洁无污染，能源来源多样化，能量效率高等特点，可以解决能源危机和城市交通拥堵等问题。

电动车作为国家“十二五规划”重点发展的节能环保项目，获得了广泛应用和发展。

无刷直流电机用电子换向装置取代了普通直流电动机的机械换向装置，消除了普通直流电机在换向过程中存在的换向火花，电刷磨损，维护量大，电磁干扰等问题，成为了电动车驱动电机的主流选择。

本文将采用基于空间电压矢量脉宽调制技术（SVPWM）的正弦波驱动无刷直流电机的方法来解决方波控制下的无刷直流电机启动抖动明显，动矩脉动大，噪声大等问题。

控制系统实现了永磁无刷直流电机在不同负载下低转矩纹波，运动平滑，噪音小，启动迅速，效率高的运行效果。

本文主要研究内容如下：1.对永磁无刷直流电机数学模型与矢量控制工作原理分析，首先对永磁无刷直流电机本体及数学模型分析，接着对矢量控制坐标变换和空间电压矢量脉宽调制技术的原理和实现进行分析。

2.电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统实现，首先分析电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统结构，最后将电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统用Matlab/Simulink仿真。

关键词：电动汽车，无刷直流电机，矢量控制，SVPWM，Simulink┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ABSTRACTElectric Vehicle has no pollution and it can supply with diversify energy sources.Also it’s energy efficient is high.These advantages can solve the problems of global energy crisis increasing and city’s traffic jam. Electric Vehicle is widely developed and applied which is called as a national ‘five years plan’ focused on development of energy conservation and environment protection projects.The brushless DC motor with electronic commutator which replaces the normal DC motor mechanical switchback unit emerged,and it eliminates a few problems such as commutation sparks,brush wear,a large amount of maintenance,electromagnetic interference and so on,becoming the mainstream selection of the Electric Vehicle drive motor selection.The paper adopted the sinusoidal current drive based on space vector pulse with modulation(SVPWM) method was proposed to solve the problems of start shaking ,large torque ripple and loud noise of brushless direct current motor under the control of square-wave.The control system enabled BLDCM with different load operating in the condition of the low torque ripple smooth rotation ,low noise and high efficiency .The main studies were as follows:(1)Analyzing the mathematical model of BLDCM and the principle of the vector control.firstly,to analyze the ontology of the BLDCM and mathematical model,then analyze the vector control coordinate transformation and theory of space vector pulse width modulation.(2)Electric vehicles with a permanent magnet brushless dc motor vector control system implementation. Firstly analyze the electric car with a permanent magnet brushless dc motor vector control system structure, finally to the electric car with permanent magnet brushless dc motor vector control system with Matlab/Simulink.┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊KEY WORDS: Electric Vehicle,BLDCM,Vector control,SVPWM,Simulink┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论 (5)1.1 课题研究的背景和意义 (5)第二章无刷直流电机的工作原理以及数学模型 (9)4.4 SVPWM的具体实现方法 (34)4.3.1 电压空间矢量的空间位置 (34)4.3.2 电压空间矢量的合成 (35)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论1.1 课题研究的背景和意义燃油汽车在经过了一百多年的发展之后已经非常成熟丁，它使用方便、价格低廉，性能良好。

基于stm32的无刷直流电机矢量控制系统设计本文基于STM32微控制器，设计了一种无刷直流电机矢量控制系统。

该系统采用先进的矢量控制算法，可以实现高精度、高效率的电机控制。

同时，系统具备良好的稳定性和可靠性，能够满足工业应用的要求。

在硬件方面，本系统采用STM32F103微控制器作为控制核心，搭载了多种外设模块，如ADC、PWM、CAN等，能够满足电机控制的各种需要。

另外，系统还采用了低压差线性稳压器、电源隔离等电路，保证了电机运行的稳定性和安全性。

在软件方面，系统采用了基于C语言的嵌入式程序设计，实现了电机的运动控制和状态监测。

系统还具备了多种保护功能，如过流保护、过压保护等，保证了电机和系统的安全性和稳定性。

总之，本系统具备了较高的控制精度、较低的噪声和振动、稳定可靠的运行等优点，是一种理想的无刷直流电机控制系统。

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无刷直流电机矢量控制技术源码无刷直流电机矢量控制技术（Brushless DC Motor Vector Control）是一种高级的控制算法，用于控制无刷直流电机的转速和转矩。

该算法通过将电机的电流和转速分解为垂直和水平分量，实现对电机的精密控制。

以下是一个示例的无刷直流电机矢量控制技术的源码：```cpp#include <stdio.h>#include <math.h>//定义无刷直流电机的参数#define R 1 // 电机内阻#define L 0.01 // 电机电感#define Kb 0.01 // 估算的转矩系数#define Ke 0.01 // 估算的电动势系数#define J 0.1 // 转动惯量//定义控制器参数#define Kp 1 // 比例增益#define Ki 0.1 // 积分增益#define Kd 0.01 // 微分增益//定义电机转速的目标值#define target_speed 1000//定义采样周期#define dt 0.001//定义电机转速和转矩的全局变量double speed = 0;double torque = 0;//定义电机电流的全局变量double current_a = 0;double current_b = 0;//定义控制器的全局变量double integral = 0;double prev_error = 0;//计算电机转速和转矩的函数void calculate_speed_and_torque(double voltage_a, double voltage_b)double back_emf_a = Ke * speed;double back_emf_b = Ke * speed;double voltage_diff_a = voltage_a - (R * current_a + L * (current_a - back_emf_a));double voltage_diff_b = voltage_b - (R * current_b + L * (current_b - back_emf_b));double torque_a = Kb * current_a;double torque_b = Kb * current_b;double torque_diff = torque_a - torque_b;double acceleration = (torque_diff / J) - (speed / J);speed += acceleration * dt;torque += torque_a * dt;current_a += voltage_diff_a / L * dt;current_b += voltage_diff_b / L * dt;//控制器的函数double controller(double measured_speed)double error = target_speed - measured_speed;double control_signal = Kp * error + Ki * integral + Kd * (error - prev_error);integral += error * dt;prev_error = error;return control_signal;//主函数int mai//模拟控制循环，假设1000个采样周期for (int i = 0; i < 1000; i++)//通过传感器测量电机转速double measured_speed = speed;//使用控制器计算控制信号double control_signal = controller(measured_speed);//计算电机输入电压double voltage_a = control_signal;double voltage_b = control_signal;//计算电机转速和转矩calculate_speed_and_torque(voltage_a, voltage_b);//输出当前时间、转速和转矩等信息printf("Time: %f, Speed: %f, Torque: %f\n", i * dt, speed, torque);}return 0;```以上是一个基本的无刷直流电机矢量控制技术的示例源码。

专利名称：无刷直流电动机电压矢量控制装置专利类型：实用新型专利
发明人：张东宁,王思远,戴亮,于淼
申请号：CN201420860143.5
申请日：20141225
公开号：CN204376796U
公开日：
20150603
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种无刷直流电动机电压矢量控制装置，用于实施无刷直流电动机电压矢量控制方法，其包括：第一开关器件至第六开关器件，用于分别构成电动机U相、V相和W相驱动电路的上桥或下桥；位置检测装置，用于检测电动机转子的位置；开关逻辑电路，与所述位置检测装置连接，用于根据转子的位置检测结果，对于第一开关器件至第六开关器件进行相应的开关逻辑控制。

借此，本实用新型可以实现矢量切换时，只有一个开关进行开通或关断，从而避免6步法中出现的“同时开通一个开关器件并关闭一个开关器件”的问题，减少关断电流和换向损失。

申请人：中国电子科技集团公司第二十一研究所
地址：200233 上海市徐汇区虹漕路30号
国籍：CN
代理机构：北京五洲洋和知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：刘春成
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《基于SMC的无刷直流电机的矢量控制》方案，并以积分滑模算法代替传统PI控制算法.实验所采用的BLDCM的参数见表2.3.1 BLDCM传统转速电流闭环控制3.2 BLDCM矢量控制通过BLDCM的电磁转矩矢量方程可以得到如下矢量控制系统（图7），并在原有控制系统中加入积分滑模结构.图8为BLDCM在常规PI控制与积分型滑模控制条件下空载启动的波形图.从图中可以看出采用积分滑模变结构的条件下能更快到达额定转速，上升时间短，调节时间快.图9和图10则是在负载突减的条件下转速与转矩在两种算法的条件下仿真所得的波形图.在负载转矩由1.2 N·m突减为0.8 N·m时，可以从图中看出，在SMC控制算法下，转速抖动比普通PI控制算法小，而且转速能很快稳定到额定转速（经过约75 ms恢复给定值），能跟踪系统快速响应，调节时间快.从转矩的波形图中可以看出，SMC策略下的转矩变化更快（经过约20 ms恢复到给定值），能快速跟踪给定信号，且误差波动更小.图11和图12为负载突增时两种控制算法条件下的转速与转矩变化波形图.从图5中可以看出，在负载转矩由0.8 N·m突增为1.2 N·m时，SMC控制算法下的转速在0.3 s时已经稳定至额定转速，而普通PI响应速度则较慢；从图6中可以看出，在0.23 s时SMC控制算法下的转矩基本稳定为1.2 N·m，而普通PI算法下的转矩在0.28 s才稳定到1.2 N·m，且转矩抖动更小，无超调现象.说明SMC控制算法下的调速系统能快速跟踪响应，调节时间快，能有效抑制抖振.通过以上分析，可以看出该SMC算法下的控制系统对电机启动，负载突增及突减条件下能快速响应，鲁棒性好.4 结语为了实现无刷直流电机的较高精度控制，在以下方面做了改进，并通过实验与仿真，验证了改进方案的可行性.通过采用传统转速控制方式与现有的矢量控制对比发现，BLDCM的矢量控制能在原来基础有效较小转矩抖动，对于电机系统稳定性的提升具有很大帮助.采用id=0的矢量控制策略，通过对电机的转速与电流的闭环控制，能更快，更稳定调节电机的实时运行状态，具有运行平滑，启动迅速，效率高的效果.通过利用积分滑模变结构代替原有的PI控制器，能有效减小转矩抖动，增强系统稳定性，该控制器的引入使系统具有全局稳定性.将积分滑模变结构引入无刷直流电机的矢量控制系统中，能有效提高系统稳定性.参考文献：[1] 夏长亮，方红伟.永磁无刷直流电机及其控制[J].电工技术学报，2012，27（3）：25-34.[2] 刘国海，金鹏，魏海峰.无刷直流电机调速系统神经网络逆控制[J].电工技术学报，2010，25（8）：25-30.[3] 温嘉斌，麻宸伟.无刷直流电机模糊PI控制系统设计[J].电机与控制学报，2016，20（3）：102-108.[4] 張鹏，贾洪平，王云财，等.模糊PI无刷直流电机矢量控制系统实现[J].机电工程，2016，33（2）：202-206.[5] 徐金龙，张向文，刘政，等.基于积分滑模面的无刷直流电机滑模调速控制算法[J].微电机，2015，48（5）：61-65.[6] 李政，胡广大，崔家瑞，等.永磁同步电机调速系统的积分滑模变结构控制[J].中国电机工程学报，2014，34（3）：431-437.[7] 夏长亮，刘均华，俞卫，等.基于扩张状态观测器的永磁无刷直流电机滑模变结构控制[J].中国电机工程学报，2006，26（20）：139-143.[8] 高瑾，胡育文，黄文新，等.超空间矢量下无刷直流电机的直接转矩控制[J].中国电机工程学报，2007，27（24）：97-101.[9] 郭鸿浩，周波，左广杰，等.无刷直流电机反电动势自适应滑模观测[J].中国电机工程学报，2011，31（21）：142-149.[10] 史婷娜，肖竹欣，肖有文，等.基于改进型滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制[J].中国电机工程学报，2015，35（8）：2044-2051.。