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一、簡(jiǎn)介
無(wú)刷直流電機是在有刷直流電動(dòng)機的基礎上發(fā)展起來(lái)的，具有無(wú)極調速、調速規模廣、過(guò)載能力強、線(xiàn)性度好、壽命長(cháng)、體積小、重量輕、出力大等長(cháng)處，處理了有刷電機存在的一系列問(wèn)題，廣泛使用于工業(yè)設備、儀器儀表、家用電器、機器人、醫療設備等各個(gè)領(lǐng)域。因為無(wú)刷電機沒(méi)有電刷進(jìn)行主動(dòng)換向，因而需求運用電子換向器進(jìn)行換向。無(wú)刷直流電機驅動(dòng)器完成的便是這個(gè)電子換向器的功用。
二、主流的無(wú)刷直流電機的控制方法
目前主要有三種：FOC（又稱(chēng)為矢量控制、磁場(chǎng)定向控制）、方波控制（也稱(chēng)為梯形波控制、120°控制、六步換向控制）和電壓正弦波控制。那么這3種控制方法都各有什么優(yōu)缺陷呢？
1. 方波控制
方波控制運用霍爾傳感器或者無(wú)感估算算法取得電機轉子的位置，然后依據轉子的位置在360°的電氣周期內，進(jìn)行6次換向（每60°換向一次）。每個(gè)換向方位電機輸出特定方向的力，因而可以說(shuō)方波控制的位置精度是電氣60°。因為在這種方法控制下，電機的相電流波形接近方波，所以稱(chēng)為方波控制。
方波控制方法的長(cháng)處是控制算法簡(jiǎn)單、硬件成本較低，運用功能普通的控制器便能取得較高的電機轉速；缺陷是轉矩脈動(dòng)大、存在必定的電流噪聲、功率達不到最大值。方波操控適用于對電機滾動(dòng)功能要求不高的場(chǎng)合。如下圖一所示為方波控制的電流波形：
圖一：方波控制電流波形
2. 一般正弦波控制
一般正弦波控制方法運用的是SVPWM波，輸出的是3相正弦波電壓，理論上相應的電流也是正弦波電流，但是因為沒(méi)有對電流進(jìn)行控制，所以電流波形并不一定是真正的正弦波。這種方法沒(méi)有方波控制換向的概念，或許以為一個(gè)電氣周期內進(jìn)行了無(wú)限多次的換向。顯然，一般正弦波控制比較方波控制，其轉矩脈動(dòng)較小，電流諧波少，控制起來(lái)感覺(jué)比較“細膩”，可是對控制器的功能要求稍高于方波控制，而且電機功率不能發(fā)揮到最大值。如下圖二所示為一般正弦控制時(shí)對應的電流波形及調制波波形(馬鞍波)。
圖二：一般正弦控制時(shí)對應的電流波形及調制波波形(馬鞍波)
3. FOC控制
正弦波控制完成了電壓矢量的控制，可是無(wú)法控制電流的方向。FOC控制方法可以認為是正弦波控制的升級版別，完成了電流矢量的控制，也即完成了電機定子磁場(chǎng)的矢量控制。
因為控制了電機定子磁場(chǎng)的方向，所以可以使電機定子磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)時(shí)間保持在90°，完成必定電流下的最大轉矩輸出。FOC控制方法的長(cháng)處是：轉矩脈動(dòng)小、功率高、噪聲小、動(dòng)態(tài)響應快；缺陷是：硬件成本較高、對控制器功能有較高要求，電機參數需匹配。下圖三所示為FOC控制時(shí)電機的相電流波形。
圖三：FOC控制時(shí)，電機相電流波形
三、哪種方法更適合未來(lái)的發(fā)展？
FOC是現在無(wú)刷直流電機（BLDC）和永磁同步電機（PMSM）高效控制的最佳選擇。FOC精確地控制磁場(chǎng)方向，使得電機轉矩平穩、噪聲小、功率高，而且具有高速的動(dòng)態(tài)響應。因為FOC的優(yōu)勢顯著(zhù)，現在已在許多使用上逐步代替傳統的控制方法，在運動(dòng)控制職業(yè)中備受矚目，例如伺服控制領(lǐng)域。
FOC典型控制框圖如下圖四所示。為了得到電機轉子的位置、電機轉速、電流等信息作為反應，首先需求收集電機相電流，對其進(jìn)行一系列的數學(xué)變換和預算算法后得到解耦了的易用控制的反應量。然后，依據反應量與目標值的誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，最終輸出3相正弦波驅動(dòng)電機轉動(dòng)。
圖四：無(wú)傳感器FOC矢量控制框圖
FOC依照電機有無(wú)傳感器來(lái)區分可以分為有傳感器FOC和無(wú)傳感器FOC。
關(guān)于有傳感器FOC，因為電機的傳感器（一般為霍爾傳感器或編碼器等）能反應電機轉子的位置信息，因而在控制中可以不運用位置估算算法，控制起來(lái)相對無(wú)傳感器FOC簡(jiǎn)單，可是對帶傳感器的電機使用來(lái)說(shuō)，往往對控制功能要求較高。
關(guān)于無(wú)傳感器FOC，因為電機不帶任何傳感器，因而不能通過(guò)簡(jiǎn)單讀取傳感器的測量值來(lái)得到電機轉子的位置信息，所以在控制中需求通過(guò)收集電機相電流，運用位置估算算法來(lái)獲取轉子位置。雖然無(wú)感FOC的控制難度較大，可是它可以防止傳感器損壞的危險，而且省去了傳感器的本錢(qián)，一起簡(jiǎn)化了電機與驅動(dòng)板之間的布線(xiàn)�，F在，無(wú)感FOC多使用在風(fēng)機、水泵類(lèi)的場(chǎng)合中。
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