大家对电机的认识可能就是高中课本里的交变电流章节的例子，电刷+外磁场+通电线圈。这是最经典的有刷电机。但是今天咱们谈论的是另一种更高效、性能更好的电机——无刷电机。

  如图是无刷电机的等效模型。内外两个灰色的轮子一个是定子，一个是转子（具体哪个是定子哪个是转子根据电机类型不一样）。此时转子和定子是完全重合在一起的，没有扭矩的存在。

  咱们定性地看，当外部的定子磁场扭转一个角度时，内部的转子会跟着旋转。这样一个时间段就存在扭矩了。

  所有的电机扭矩的大小正比于内外两个磁场的叉乘，即图中围出的平行四边形的面积。可见两个磁场重合时，叉乘为0，扭矩也为0，和之前的直观认知相符合。显然，当两个磁场呈90度时，平行四边形面积最大，此时的扭矩也最大。

  实际的无刷直流电机（BLDC）或永磁同步电机（PMSM）通常用三相****交流绕组线圈充当定子，永磁体作为转子。我们大家都希望通过电路控制定子绕组的输出，使之能够能产生一个大小尽可能恒定的旋转磁场，让转子和定子的扭矩达到最大值。

  FOC（Field-Oriented Control），即磁场定向控制，也称矢量变频，是近几年较为主流的高效控制无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）的选择。

  要得到一个恒定大小的旋转磁场很容易。当今主流的BLDC和PMSM电机定子均采用的是三相绕组，即各个绕组上的交流信号就是相位互差120°的信号。根据三相电机的结构，我们大家可以将一个恒定大小的旋转电压矢量分解到相位互差120°的方向上。如下图

  从上图能够正常的看到，只要控制电机的三个绕组产生相位互差120°的大小跟着时间按正弦规律变化的3个分矢量，就能够获得我们想要的旋转磁场

  然而，在实际的电机控制中，由于齿槽效应、磁通畸变等因素，电机的转矩会产生大量的波动，要一直地对控制信号做出修正。但是当电机转速较高时，电流环控制器必须跟踪频率逐步的提升的弦波信号，而且还要克服振幅和频率逐步的提升的电机反电动势。在这样的情况下，想要直接通过维持三路正弦信号得到旋转平滑、大小稳定并且从始至终保持和转子磁场方向垂直的磁场难以实现。

  我们重新再回到一开始的磁场叉乘。我们得知电机的转矩只与 平行于内磁场方向（称d轴）的磁场分量 和 垂直于内磁场方向的分量（称q轴）有关（如下图）。

  现在对于电机扭矩大小的控制就变成了q轴和d轴大小乘积的控制。在电机中，d轴上内磁场的大小是永磁铁产生的，是恒定的；我们对外磁场的控制实质上变成了q轴上的分量大小控制+外磁场的角度。

  我们能够正常的使用编码器测量转子的内磁场角度，然后根据内磁场的角度用电机绕组产生对应的外磁场。

  如上图所示，如果转子的电角度在θ1，则我们要在θ1处产生d、q轴大小的外磁场。如果转子的电角度在θ2，则我们要在θ2处产生d、q轴大小的外磁场。

  我们把角度θ1的情况单独提出来，把它移到原点去，然后把x、y轴重命名为α,β。根据空间矢量的关系，我们大家可以把q、d轴的大小分解到α,β轴上。这样的一个过程是所谓的“反帕克（Park）变换”。

  其实得到的结果很简单，它就是用了互差90°的正弦信号得到了大小恒定的旋转磁场。

  可以大概理解为在PWM输出的基础上增加若干花里胡哨的风骚处理(￣▽￣)~*）

  绕了这么多弯弯，我们终于让电机转起来了。大家看到这个地方可能会说：“这是在折腾啥？(╬￣皿￣)不还是最后转成三个相差120°的正弦信号了吗？”

  我们先测量电机的3相电流。电机的信号如下图所示（把相差120°的电信号看成同一个旋转向量在三个相差120°坐标轴上的投影）

  根据我们之前的理论，我们应该的是两个互差90°的磁场。这里咱们又使用一个变换，把三个分磁场变换成α、β方向上的两个分磁场。这个叫做“克拉克（Clarke）变换”。

  再把α,β轴上的值映射到旋转的q、d轴上，得到此时电机实际的d值和p值。这是之前反Park变换的逆过程，“帕克Park变换”

  我们把测量到的d、q轴值与我们设定的值做对比，通过PI算法消除误差，再重新通过之前的流程输入到SVPWM中，这就完成了一个闭环控制，可以对定子磁场的做动态修正了。因为控制d、q是在控制电流值，所以这个环路叫做电流环。

  设置d0、q0值（目标值），经过反Park变换得到Iα和Iβ，输入给SVPWM执行

  测量q、d轴的值：测量电机的相电流（测量两相，通过Ia+Ib+Ic=0得到第三相），然后通过Clarke变换得到Iα和Iβ,然后通过park变换得到q、d轴的值。

  把测量到的d、q轴值与我们设定的d0、q0做对比，进行PID处理。（目标是让测量值与我们的设定值相同）

  调整d、q值输出，回到1.除了电流环之外，由于d、q是直流信号， 我们通过d、q也可以更轻松地控制电机的转速和旋转位置。比如设定电机转速为1000Rpmin，编码器测得当前转速为500，同样用PID算法增大q值就可以加大扭矩，让电机的速度加快了。这个环路叫速度环，即在电流环的外面加一层，改变q、d设定值来改变速度。当然我们也能加上位置环，通过对速度的积分能够获得电机的位置，计算位置误差进行PID调整。看ヾ(✿ﾟ▽ﾟ)ノ，我们把对三相交流正弦信号的控制转换成了对直流信号d,p的控制，这样优势就出来了，很nice~

  除了FOC之外，还有别的控制电机的方法，比如梯形波式控制、弦波控制等。详细的介绍可以借鉴这篇文章

  简单概括，弦波式换相能让电机在低速下运转平稳，但在高速运转下效率却大幅度的降低；而梯形波式换相在电机高速运转下工作比较正常，但在电机低速运转下，会产生力矩的波动。因此，矢量控制是对无刷电机的最佳控制方式~

  在第 3 部分中，我们将解释无刷电机在结构和旋转原理上的差异，并将它们与有刷直流电机和交流电机作比较。 无刷电机结构及转动原理 无刷电机在保持直流电机优良可控性的同时，用电子元器件代替了电刷和换向器。 2.2.1 无刷电机结构 转子包含永磁体，定子包含绕组，这在某种程度上预示着该结构将图 2.1 所示的直流电机中定子和转子的位置颠倒(上一篇)。对于有刷直流电机，一旦电流通过换向器和电刷提供给绕组，电机就开始旋转。当电机旋转时，下一组换向器和电刷通电，从而将电流引导到不同的绕组并继续旋转。 由于无刷电机无需使用电刷或换向器就可以实现换向，因此它们需要磁极传感器(霍尔元件、霍尔效应 IC 等)来检测永磁体的磁极位置，以及用于引导电流流过电机的

  的结构及转动原理 /

  摘要： 本文介绍了一种基于参数自调整的模糊控制单片机直流无刷电动机调速系统。系统采用高性能的八位嵌入式单片微处理器PIC16C63，使硬件结构简单整洁、可靠；采用参数自调整模糊控制器，使系统具有较高的控制精度和良好的鲁棒性。     关键词： 参数自调整模糊控制  嵌入式单片微处理器  直流无刷电机调速系统引言     传统PID控制的电机调速系统技术成熟，结构相对比较简单，较稳定可靠，应用比较广泛，但也存在一些缺点，例如无法有效地克服传动对象和负载参数的大范围变化以及非线性因素对系统造成的影响，因而不能够满足高性能和高精度的要求。随着模糊控制技术的成熟，应用愈来愈普遍，人们也开始将它应用于电机调速中。使用

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  摘要： 机械动力设备的扭矩变化是其运作状况的重要信息。作为扭矩测试中不可或缺的重要部分，扭矩传感器也在持续不断的发展。那么，它是如何分类的?有着怎样的发展历史?又有怎样的应用? 扭矩传感器主要用来测量各种扭矩、转速及机械效率，它将扭力的变化转化成电信号，其精度关系到所在检测系统的精度。其主要特征在于既可以测量静止扭矩，也可以测量旋转转矩和动态扭矩;并且检测精度高，稳定性高，抗干扰性强;不需反复调零即可连续测量正反转扭矩，没有导电环等磨损件，可以高转速长时间运行;它输出高电平频率信号可直接送计算机处理。下面我们简单了解一下常用的扭矩传感器都有哪些。 非接触式扭矩传感器 非接触式扭矩传感器也是动态扭矩传感器，又叫转矩传感器，转矩转速传

  传感器的分类及其应用 /

  服务于全球工程师的分销商Electrocomponents plc集团旗下的贸易品牌RS Components(RS)公司现可供应精选的Faulhaber产品系列，包括直流微电机、无刷直流伺服电机、直接减速电机和速度控制器。   RS现供应优质Faulhaber直流电机   RS共挑选了24种电机，涵盖各种尺寸、输出速度、电源电压和输出扭矩。全部的产品均采用Faulhaber的转子斜绕组专利技术，具备无齿槽、低转矩涟波以及高线性和灵敏度特性，可确保与电机尺寸和重量相适应的高扭矩、高效率、平稳转子定位无。转子还具有低惯性，可对频繁启动和停止迅速作出动力反应。   该产品组合包括12种精挑细选的有刷直流微电机，Fa

  引言 传统上把具有梯形波反电势的永磁同步电机称为直流无刷电机。直流无刷电机的转矩控制需要转子位置信息来实现有效的定子电流控制。而且，对于转速控制，也需要速度信号，使用位置传感器是直流无刷电机矢量控制的基础，但是，位置传感器的存在也给直流无刷电机的应用带来很多的缺陷与不便：首先，位置传感器会增加电机的体积和成本；其次，连线众多的位置传感器会降低电机运行的可靠性，即便是现在应用最多的霍尔传感器，也存在某些特定的程度的磁不敏感区；再次，在某些恶劣的工作环境、例如在密封的空调压缩机中，由于制冷剂的强腐蚀性，常规的位置传感器根本没办法使用；最后，传感器的安装精度还会影响电机的运行性能，增加了生产的工艺难度。 无位置传感器控制技术是近30年

  一，无刷电机的原理 以下这是上一期(电动车)直流无刷电机的原理与控制里的原理图，在这一期里着重介绍无刷电机的运行原理。 电机内部霍耳传感器的正电源线V居多。 霍耳的信号线传递电机里面磁钢相对于线圈的位置，根据三个霍耳的信号控制器能知道此时该怎么样给电机的线圈供电（不同的霍耳信号，应该给电机线圈提供相对应方向的电流），就是说霍耳状态不一样，线圈的电流方向不一样。 二，无刷电机的运行原理 霍耳信号传递给控制器，控制器通过电机相线（粗线，不是霍耳线）给电机线圈供电，电机旋转，磁钢与线圈（准确的说是缠在定子上的线圈，其实霍耳一般安装在定子上）发生转动，霍耳感应出新的位置信号，控制器粗线又给

  原理 /

  永磁电机和无刷电机都属于同步电机的范畴，且通常情况下永磁电机都是无刷电机。因此，它们之间并不存在“哪个更好”的问题，可以说它们是同一种电机。 无刷电机采用永磁体作为转子磁极，与定子上的绕组产生同步转子磁场，以此来实现电机的转动。无刷电机相比传统的直流电机，具有高效率、高功率密度、低噪音等优点，适用于很多应用领域。 因此，可以说无刷电机是一种比较优秀的电机类型，但要注意的是，电机的选择应该基于具体的应用需求和条件，而不是简单地比较哪个更好。在某些应用场合，永磁电机可能更适合，而在另一些场合，无刷电机则更具优势。因此，应该要依据详细情况进行选择。 永磁电机和无刷电机的主要区别如下： 永磁电机和无刷电机都属于

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