电机驱动每天必学（控制方面的实用干货）
电机驱动每天必学（控制方面的实用干货）很久没有和大家分享新知识了。我现在在长沙一家搞汽控的公司实习，岗位是嵌入式软件。因为公司需要我掌握FOC的知识，所以下班后我都会花一些时间学习。以下是我学习FOC的笔记与理解，和大家分享。02）电机控制--FOC与SVPWM（程序小羊）在满足21脚nENBL输入低电平，此时22脚STEP输出PWM，电机就可以运转，我们使用时会碰到一个问题，当nENBL被使能后，无论STEP是否有输出，系统都是满电流输出，因为一旦nENBL输入低电平，内部H桥输出使能。我们希望STEP有脉冲输出时（电机运行），电流输出正常，而当STEP没有脉冲输出时（电机暂停运行），电流可以大幅减小。有人想到电机停转时把nENBL拉高，这是不行的，nENBL拉高，虽然电流为0，但是此时电机将变为失锁状态，失去扭力。我们再看12、13脚VREF，这两个引脚通常都是通过一个可调电位器接到电源上。VREF上分得的电压大小决定驱动
关于电机驱动/控制话题，很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源，才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章，供大家学习~
01）主流步进电机闲时半流控制方案（作者：Elec杂谈）
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，在医疗仪器设备、计算机外设及存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域中经常能看到它的身影。国内外各芯片厂商也纷纷抢占这一市场，出现了越来越多驱动芯片供应用工程师选择，工程师根据厂家提供的规格书可以很轻松得设计出符合自己所需的应用驱动。
目前市场主流的驱动芯片（如下图所示是其中一款驱动芯片）只需要几个IO口就可以使用它对电机实现精准控制。
在满足21脚nENBL输入低电平，此时22脚STEP输出PWM，电机就可以运转，我们使用时会碰到一个问题，当nENBL被使能后，无论STEP是否有输出，系统都是满电流输出，因为一旦nENBL输入低电平，内部H桥输出使能。我们希望STEP有脉冲输出时（电机运行），电流输出正常，而当STEP没有脉冲输出时（电机暂停运行），电流可以大幅减小。有人想到电机停转时把nENBL拉高，这是不行的，nENBL拉高，虽然电流为0，但是此时电机将变为失锁状态，失去扭力。
我们再看12、13脚VREF，这两个引脚通常都是通过一个可调电位器接到电源上。VREF上分得的电压大小决定驱动器提供给负载电流的大小，而负载电流越大电机输出的扭力也就越大。回到我们的需求就可以把问题转换成当STEP有脉冲输出时，VREF分得的电压较大，提供满足负载正常运行的输出电流，而当STEP无脉冲输出时，VREF分得的电压较小，只需提供可以保证锁住电机的较小的电流（通常为电机正常工作时的一半），这样不仅可以有效降低电机闲时功耗，还可以减少电机和驱动器的热量，增加使用寿命。
下面介绍一个主流方案，需要用到一个逻辑芯片——74HC123。74HC123是双路可重复触发的单稳态触发器，它输出的脉冲宽度取决于定时电阻R和定时电容C，脉宽宽度WP=R*C ……
02）电机控制--FOC与SVPWM（程序小羊）
很久没有和大家分享新知识了。我现在在长沙一家搞汽控的公司实习，岗位是嵌入式软件。因为公司需要我掌握FOC的知识，所以下班后我都会花一些时间学习。以下是我学习FOC的笔记与理解，和大家分享。
下图是学习FOC需要的基本知识。
有了这些基本知识后，我们来看一下有刷电机与无刷电机。有刷电机想必大家都玩过，就是我们小时候玩的四驱赛车上的那种电机，通上电就可以转的那种。而无刷电机就不一样了，不知道大家有没有玩过飞控，那上面用的电机就是无刷电机。下面放两张图片让大家对有刷与无刷电机有一个大概的认识（上面是有刷，下面是无刷）
图1 有刷电机
图2 无刷电机
有刷电机的原理我就不多说了，因为这篇文章主要讲无刷电机的FOC。直流电机基本模型，根据磁极异性相吸同性相斥的原理以及右手螺旋定则，中间永磁体在两侧电磁铁的作用下会被施加一个力矩并发生旋转，这就是电机驱动的基本原理……
03）电机控制的前世今生（liuxiaofei126）
一、电机的基本描述
电机：俗称“马达”，依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。包括：电动机和发电机。电动机在电路中是用字母M表示，它的主要作用是产生驱动转矩；作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母G表示，它的主要作用是利用机械能转化为电能。
电机控制：对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行的控制。
二、电机分类
1.直流有刷电机
直流有刷电机(Brushed DC，简称BDC)，由于其结构简单，操控方便，成本低廉，具有良好的扁动和调速性能等优势，被广泛应用于各种动力器件中，小到玩具，按钮调节式汽车座椅，大到印刷机械等生产机械中都能看到它的身影。
直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。
2.步进电机
步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构；更通俗一点讲：当步进驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们可以通过控制脉事的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的；.同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
3.伺服电机
伺狠电机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号(或者脉冲数)“转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。伺服电机系统见下图。一般地，、要求转矩能通过控制器输出的电流进行控制；电机的反映要快、体积要小、控制功率要小。伺服电机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。
伺服电机有直流和交流之分，最早的伺服电机是一般的直流有刷电机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电机。当前随着永磁同步电机技术的飞速发展，绝大部分的伺服电机是指交流永磁同步伺服电机或者直流无刷电机。
4.无刷直流电机
无刷直流电机【BLDCM】是在有刷直流电机的基础上发展来的，但它的驱动电流是不折不扣的交流。一般地，无刷电机的驱动电流有两种，一种是梯形波(方波)，另一种是正弦一般的，把方波驱动的叫做直流无刷电机(BLDC)；把正弦波驱动的叫做永磁同步申机(PMSM)，这个实际上就是伺服电机。
直流无刷电机与伺服电机有类似的优缺点。BLDC电机比PMSM电机造价便宜一些，驱动控制方法简单一些……
04）变频器控制电机运行的两种方式（作者：晨风）
当变频器主电路接好电源线之后，要控制电动机的运行，还需要给有关端子接上外围接控制电路，并且将变频器的启动方式参数设为外部操作模式。
变频器控制电动机运转，常见的有两种方式，分别是开关控制方式和继电器控制方式：
一、开关控制的正转控制电路
开关控制的转控制电路如下图所示，它是依靠手动操作变频器STF端子外接开关SA，来对电动机进行正转控制。
开关控制方式
电路工作原理说明如下:
1、启动准备：按下按钮SB2，接触器KM线圈得电，KM常开辅助触点和主触点均闭合，常开辅助触点闭合锁定KM线圈得电自锁，KM主触点闭合为变频器接通主电源。
2、正转控制：按下变频器STF端子外接开关SA，STF、SD端子接通，相当于STF端子输、输入正转控制信号，变频器U、V、W端子输出正转电源电压，驱动电动机正向运转。调节端子外 电位器R，变频器输出电源频率会发生改变，电动机转速也随之变化。
3、变频器异常保护：若变频器运行期间出现异常或故障，变频器B、C端子间内部等效的常闭开关断开，接触器KM线圈失电，KM主触点断开，切断变频器输入电源，对变频器进行保护。
4、停转控制：在变频器正常工作时，将开关SA断开，STF、 SD端子断开，变频器停止输出电源，电动机停转。
若要切断变频器输入主电源，可按下按钮SB1，接触器KM线圈失电，KM主触点断开，变频器输入电源被切断……
05）直流电机的EMI的分析与设计（作者：杜佐兵）
在我们碰到的直流电机的电磁兼容问题上，通常是具有换向气的直流电机（转子励磁调速电机等类同）在电机运行的过程中会产生一定的电磁骚扰。
由于在直流电动机或直流发电机在运行时，电枢绕组器件由某一支路进入另一支路时，电路中的电流及电动势都会改变方向，而绕组中电流方向的改变，都是由换向器和电刷所组成的机械装置来完成。不良的换向条件将使电刷产生电火花，由电火花放电引起的电磁骚扰，其频谱很宽；其强度也会随着火花放电的等级大小变化而变化。注意：直流电机在换向时换向器与电刷间产生的火花是电磁骚扰产生的最直接原因！
A.先对如下换向电机的内部简单的结构分析：直流驱动电机 &直流驱动风机
如图中：换向器与绕组碳刷接触面是电流突变的交变点。由此产生传导反射和辐射发射！
直流电机在换向过程中，电枢绕组器件中的电流在改变方向时，其中存在电抗电动势和电枢反应电动势，它们的方向和电枢电流的方向一致，始终阻碍换向元器件中的电流变化，使换向过程延迟，从而产生电磁性的火花……
06）浅谈有位置传感器和无位置传感器的电机驱动的区别（作者：慢悠悠23331）
在我们的周围使用着许多电机。比如空调、洗衣机和吸尘器等家用电器，配备了冷却风扇、硬盘和DVD的电脑，以及在汽车、电车、建筑物和工厂等我们注意不到的很多地方，大量电机在积极发挥着它们的作用。
其中很多应用是由电机的转速和转矩控制的，电机的启动和驱动方法可以大致分为“①有位置传感器的驱动”和“②无位置传感器的驱动”两种。
①电机有位置传感器的驱动：需要使用传感器来检测电机转速和旋转位置的电机驱动方法
②电机无位置传感器驱动：不需要上述传感器的电机驱动方式
①中电机有传感器进行驱动的优点：能够准确地检测到电机启动和驱动时的位置和旋转，并且通过内置硬布线逻辑控制器的电机驱动器可以实现从低速到高速平稳地电机驱动和旋转控制。缺点：必须在电机中安装霍尔元件/霍尔IC等传感器，因此需要考虑传感器的安装位置精度以及连接传感器和电机控制器的布线。
②中电机无传感器驱动的优点：可用来驱动物理上无法配置传感器的电机和暴露于高温、水、油等不利环境下的电机。
缺点：因为利用速度电动势而在低速时表现不佳，并且旋转位置是通过MCU的计算而估算得来的，所以整体上的响应性能较差。另外，使用电机电流、电压和电机参数（电机绕组的R、L）取代位置和旋转检测传感器进行的估算，会受到电机个体差异的影响。
对于无传感器驱动，还有一种方法是通过MCU之外的硬布线逻辑专用控制器，利用外部强制换向信号启动，然后将速度电动势用作位置信号。
综上所述，每种方法都有其优点和缺点。因此，需要根据使用电机的环境、对可靠性的需求程度以及电机负载的类型（恒定转矩，恒定输出，平方转矩）等，选择一种适合于所需特性的电机驱动方法。
霍尔元件/霍尔IC：
使用霍尔效应根据磁通密度输出电压的磁传感器。霍尔效应是一种当电流流过固体并且垂直于固体表面施加于磁场时，会在电流方向和磁场方向分别产生垂直方向（正交）的电压的现象。
霍尔IC（也称为“霍尔传感器”）由运算放大器和数字转换器等组合而成……
07）一文带你学懂神秘的电机S曲线调速算法（作者：嵌入式客栈）
今天想分享一种超级实用的步进电机调速算法，这种算法在步进电机调速方案中可以说是一种非常优异的方案。
梯形调速算法
为啥需要设计一个调速算法呢？步进电机不是给多少脉冲就动多少步吗？但是带上负载了就可能失步，所谓失步，简单理解就是实际电机轴转过的度数，没有输入脉冲对应度数多。为什么会这样呢？电机的扭矩有可能无法驱动负载。一般会做一个启动加速控制过程，停止的时候做一个减速控制，中间做一个匀速控制。这就是比较常见的梯形调速控制算法。
这样一个梯形调速算法，相当于步进电机的运动过程包含三个阶段：
- ①加速过程
- ②匀速过程
- ③减速过程
①加速过程所用到的加速度为：
一般加速过程与减速过程所用的加速度绝对值是相同的，减速过程相当于加速度为-a.
所以总的行程图中速度曲线下阴影部分三个过程的面积：
由于加速过程与减速过程所用到的加速度绝对值相等，所以
所以
梯形速度调速算法很简单，比较容易实现，但是这个算法却有缺陷……
08）永磁同步电机控制方式及驱动技巧（作者:文 水寿）
永磁同步电机在工业上用的相对较多。
永磁交流伺服电机系统具有以下等优点：
- 电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；
- 定子绕组散热快；
- 惯量小，易提高系统的快速性；
- 适应于高速大力矩工作状态；
- 相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足了传动领域的发展需求。
1.交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。
目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心（现在用32位单片机使用PID算法也是可以）。其优点是可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路 IPM内部集成了驱动电路 同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路 在主回路中还加入软启动电路 以减小启动过程对驱动器的冲击。
图1
伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块。如图2所示功率板（驱动板）是强电部，分其中包括两个单元，一是功率驱动单元IPM用于电机的驱动，二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源。
控制板是弱电部分，是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。控制板通过相应的算法输出PWM信号，作为驱动电路的驱动信号，来改逆变器的输出功率，以达到控制三相永磁式同步交流伺服电机的目的……
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