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【一文讲通】BLDC的六步法&PMSM的FOC法综合

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  • 搜集的 大厂方案 Github 开源项目：链接：百度网盘 请输入提取码 提取码：XHYL （侵删）（944MB）

网络教程

  • 入门文章，首先看：无刷电机工作原理图 (360doc.com)、学习无刷直流电机的基本结构和工作原理duoduo_bu的博客-CSDN博客无刷直流电机工作原理，无刷直流电机系统基础知识 - 电工基础知识_电工学习网 (diangon.com)。

  • BLDC驱动学习_ 博客什么都不会唉 -CSDN博客_bldc驱动。

  • 【自制FOC简单讲解驱动器FOC算法与SVPWM技术 - 知乎 (zhihu.com) 该文对于 BLDC 和 PMSM 介绍与差异 说得更好。

  • 永磁同步电机控制笔记：foc控制原理通俗讲义_ 搞机的博客 -CSDN博客 _foc原理。

  • 对于两个变化的一些图像演示动图，更直观:

    • FOC中的Clarke变换和Park变换详解(动图) 推导 仿真 附件代码）_ GREYWALL-CSDN博客 _clarke变换。

    • 永磁同步电机控制笔记：clark变换park变换示意图_ 搞电机博客-CSDN博客 _电流clark变换。

  • 一个 FOC 相关文章集 永磁同步电机_搞电机博客-CSDN博客。

  • 完整展示 SVPWM 的计算过程 svpwm仿真_ 基于Simulink的SVPWM仿真模块 _weixin_39631689的博客-CSDN博客。

无刷电机 概念基础知识 和 与 刷电机比较：无刷电机_百度百科 (baidu.com)；(原创)让你真正了解手中的无刷电机 (360doc.com)。

引自：无刷电机_百度百科 (baidu.com)、(原创)让你真正了解手中的无刷电机 (360doc.com)、无刷电机基础知识 (360doc.com)，摘一些句子，侵删。

无刷电机的优点:干扰低、噪音低、使用寿命长/工作时间长、维护成本低、可控性好、高速、节能、功率密度高等。它的一些缺点:驱动器成本高，永磁体不适合高温、扭矩波动等伺服系统，需要控制(困难)。

无刷电机的换向模式分为方波和正弦波驱动。就其位置传感器和控制电路而言，方波驱动相对简单和便宜。目前，绝大多数无刷电机采用方波驱动，市场上的模型电机均采用方波驱动。

在同一电机中，电机的转矩和转速始终是一种相互关系，基本上可以认为转矩和转速的乘积是一个定数。导体的发热与电流的平方成正比。在更高的电压下，如果是相同的功率，电流会下降，导致发热减少，增加最大功率。这也解释了为什么22被广泛用于专业航拍飞机.2V甚至30V电池驱动多轴飞机，高压无刷电机，电流小，加热小，效率高。

模型中常见的内转子无刷电机结构有：3N2P12N4P(大多数内转子电机) 模型中常见的外转子无刷电机结构有：9N6P、9N12P、12N8P、12N10P、12N14P、18N16P、24N20P。 内转子无刷电机极数低的原因：目前，内转子电机主要用于减速，因此所需的转速相对较高。转速为电子(电角)=实际转速*电机极对数，电子控制器支持的最高电子转速往往是固定的，所以如果电机极对数过高，支持的最高电机转速就会下降，所以目前的内转子电机极数在4以内。 关于12N4P内转子电机：属于整数槽电机，广泛应用于模型内转子电机，电机采用单层绕组分布绕组。 外转子电机为分数槽电机，其结构特点和性能如下：

  • N必须是3倍数，P必须是偶数(磁钢必须成对，所以必须是偶数)。

  • P数量越小，最高速度越高。例如，12N10P最高转速必须低于12N16P，反之亦然。

  • N比P大，转速相对较高。N6P最高转速必须高于9N12P，反之亦然。

  • 同样的N，P扭力越大越强。扭力，12N16P大于12N14P大于12N10P。

  • N不能在P之间整除，比如12N6P。

外转子槽极结构及应用领域：9N6P400-500级直升机模型和小涵道9级减速N12P直驱用于小型固定翼或其他模型N8P减速用于500-700直升机模型或中大型涵道直驱N10P600-800直升机模型采用减速，12N14P大多数固定翼和船模都使用直驱，多轴飞机槽结构的无刷电机多见于多轴飞机。

(即有，无传感器)

感电机的优点：运行精度高，启动平稳

感电机的缺点：

  • 由于传感器的存在，在高温、振动等条件下降低了系统的可靠性。

  • 传感器连接线安装不便，容易引起电磁干扰。

  • 传感器的安装精度直接影响电机的运行性能，特别是在多极电机中。

  • 占用空间，限制电机小型化。

无感电机的优点：结构简单，成本低，安装方便

无感电机的缺点:转子位置检测精度降低，运行精度降低，启动不如感电机稳定。

什么是感应电机：传统的无刷电机配备霍尔传感器，利用霍尔传感器检测转子位置，实现转向。

什么是无感电机：去除霍尔传感器，用电子控制器检测电机的反电势变化，确定转子位置。

外转子无刷电机的优点：旋转惯性大，旋转平稳，转矩大，磁铁固定好。

外转子无刷电机的缺点：定子热不能排出，内部工作环境部关闭，外部杂物可能进入电机，影响运行。

内转子无刷电机的优点：绕组与外壳直接接触，热量可直接排出，电机内外隔离，避免外部杂物进入内部。

内转子无刷电机的缺点:扭矩不如外转子无刷电机和磁铁固定复杂。

收集大量教程文件、大厂手册：

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原理详解

高清原图在 iBLDC 项目仓库 内可下载。

方波 BLDC 六步换向法

方波 BLDC 控制器实施

正弦波 PMSM FOC 法

FOC 算法实现细节

正弦波 PMSM 控制器实施

未来需求

未来无刷电机驱动技术满足要求（p.s 这是美国能源部的数据，主要用于汽车应用：

我的无刷电机驱动板（iBLDC），尺寸在 3cm * 4cm * 1cm，按照上图，2020年要高于2020年 94% 功率大于160W(远已达到)2025年将达到1200W，效率高于98%。

此外，该表的成本要求非常高增加频率，减少设备体积包装、先进包装，提高散热效率；更先进的门驱动，提高安全性，完善的保护电路；采用更多的棒算法。

方案收集

搜集的 大厂方案 Github 开源项目：

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大厂库

infineon

电机控制芯片选型：电机控制芯片 - Infineon Technologies。

英飞凌有一些 带 MOS 预驱的 M3 MCU 选型，如 集成 Arm? Cortex? M3 的 3 桥式驱动器 - Infineon Technologies，另还有许多 BLDC 电机评估版，配套 软件库 等一整套东西，比如 BLDC_SHIELD_TLE9879 - Infineon Technologies。

TI

TI 电机驱动器 选型：无刷直流 (BLDC) 驱动器 | 概述 | 电机驱动 | 德州仪器 TI.com.cn。

搜索 TI 的参考设计库，有非常丰富的 BLDC&PMSM 参考设计，原理图、软件库均公开：TI 参考设计库：BLDC。

评估板 的软件包 和 FOC 算法软件 具体在每一个 BLDC&PMSM 参考设计页面均提供下载。

可以使用 其 IQmath 库：基于STM32实现SVPWM调制算法 - 知乎 (zhihu.com)；基于C语言的Q格式使用详解 - 知乎 (zhihu.com)；

ST

ST 的无刷直流电机驱动选型：无刷直流电机驱动器 - STMicroelectronics。

评估板：3相6步控制 - STMicroelectronics；三相磁场定向控制FOC - STMicroelectronics。

运动和驱动解决方案：运动和驱动解决方案 - STMicroelectronics。

ST 的 电机软件库 使用 ST MCSDK，其作为 X-CUBE-MCSDK 部件，其自带 上位机界面 进行曲线查看和参数调试等。下载页面 X-CUBE-MCSDK - STM32电机控制软件开发套件（MCSDK） - STMicroelectronics，其更多文档下载 stmcu.com.cn X-CUBE-MCSDK 页面，更多培训视频 基于MC SDK V5.4电机库的STM32电机控制理论与实践-电堂科技 (51diantang.com)、STM32电动机控制应用系列讲座-电堂科技 (51diantang.com)、STM32 TALK (电机控制私享会)-电堂科技 (51diantang.com)。

ST MCSDK 网络文章教程：

  • STM32G4板卡分享—STM32G4在电机控制中的应用 - 知乎 (zhihu.com)。

  • 如何拷贝工程工程师笔记 | 如何结合STM32CubeMX与MC Workbench生成修改未包含的芯片程序...喵仔冲鸭的博客-CSDN博客。

  • type=file 把默认的未选择文件换成别的工程师笔记：如何结合STM32CubeMX与MC Workbench生成修改未包含的芯片程序...weixin_39630247的博客-CSDN博客。

对于 STM32 F4 的 DSP 和 一些 数学函数 的使用，使用 CMSIS 的 DSP，可以参看 对于 STM32 DSP 的丰富教程。

开源项目

选择一个去看手册和源码去实现即可。

  • 国内做 BLDC&PMSM 教程开发板的，举例两家 和 ，淘宝搜即可，前者资料开源，后者的资料其实也 被 “开源了”。

  • ODrive：官网 ODrive (odriverobotics.com)；odriverobotics/ODrive: High performance motor control (github.com)；madcowswe/ODriveHardware: High performance motor control (github.com)。

  • VESC（国内常称 “本杰明方案”）：VESC Project (vesc-project.com)；vedderb/bldc: The code for my custom BLDC controller. (github.com)；vedderb/bldc-hardware: Brushless DC Motor controller from Benjamin Vedder (github.com)；vedderb/bldc-hardware: Brushless DC Motor controller from Benjamin Vedder (github.com)。

    基于VESC的衍生开源项目 举例：

    • shamansystems/Cheap-FOCer-2: Low-Cost Motor Controller based on the VESC 6 (github.com)；

    • aramaerospace/Micro-VESC-6: Micro VESC-6 (github.com)；

    • BMS mpater/bldc-BMS: Battery management system for a VESC (github.com)；vedderb/vesc_bms_fw: The VESC BMS Firmware (github.com)。

  • SimpleFOC：Home | Arduino-FOC (simplefoc.com)。

    • 中文网页手册 simplefoc/docs_chinese: SimpleFOC docs website translated to Chinese (github.com)；

    • simplefoc/Arduino-FOC: Arduino FOC for BLDC and Stepper motors - Arduino Based Field Oriented Control Algorithm Library (github.com)；

    • < 5A 版本：simplefoc/Arduino-SimpleFOCShield: Arduino Shiled for running Gimbal BLDC motors with FOC algorithm (github.com)；

    • < 30A 版本：simplefoc/Arduino-SimpleFOC-PowerShield: A powerful Arduino shield for running BLDC motors using the FOC algorithm (github.com)。

  • 更多开源项目：

    • FOC 算法经过优化、合并精简的一个自实现：ZhuYanzhen1/miniFOC: 你还在为有刷电机的高噪声、低响应速度和低寿命而烦恼吗？这个项目是一个20块钱就能搞定的FOC无刷电机控制方案！This project is a FOC (Field Oriented Control) BLDC Motor control scheme that can be done for 3$! (github.com)。

    • 一个 无感 FOC 实现：NYCParker/sensorless_foc: 电机驱动开发项目：sensorless_foc (github.com)。

    • 使用 ST MCSDK 库生成工程：dtltljb/FOC-MOTOR-CONTROLLER: 基于STM32有感直流无刷电机驱动控制程序，集成CANopen通讯电机控制子集协议 和 MONDBUS 协议。 (github.com)。

    • 一个 C++ 实现 FOC：BetzDrive/bldc-controller: Motor controller firmware! (github.com)；硬件：BetzDrive/bldc-controller-hardware: Hardware design files for BLDC servo controller (github.com)。

    • 基于Hall估计角度的FOC，Matlab仿真并生成c文件的方案：FOC 算法的 Matlab 仿真 EFeru/bldc-motor-control-FOC: Field Oriented Control (FOC) for BLDC motors (github.com)；FOC 仿真后部署在 板子上 EFeru/hoverboard-firmware-hack-FOC: With Field Oriented Control (FOC) (github.com)。

    • SimpleFOC 实现 ChenDMLSY/FOC-SimpleFOC-MotorDriveDevelopmentBoard: drive a brush motor，drive brushless motor (github.com)；

      方波BLDC六步法 ChenDMLSY/ZM_Xdrive_1.0: 该驱动板支持：霍尔无刷驱动、感应电动势无刷驱动、simpleFOC、直流减速电机改舵机，多样性功能，性价比高 (github.com)。

    • zhutongwen/BLDCM_square_wave: 无刷直流电机方波驱动程序，stm32f4驱动两个无刷电机 (github.com)；zhutongwen/BLDCM_sine_wave: 有感无刷直流电机驱动程序，一个stm32同时驱动两个无刷电机，正弦波驱动 (github.com)。

标签： 高温传感器磁钢

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