无刷直流电机无霍尔传感器位置检测电路和速度检测电路设计及仿真研究(2)
无刷直流电动机具有寿命长，可靠性高的特点。它的使用寿命由轴承及其润滑系统来决定。高性能的无刷直流电动机有数十万小时的工作寿命 [4],用电作为驱动不仅节能环保而且方便快捷,各类电动交通工具(例如电动自行车、电动汽车等)的应用越来越广泛，永磁无刷直流电机(BLDCM)因其各种优点成为了电动车领域的主流驱动电机。随着经济的发展，私家车的日益增多，交通堵塞成为很严重的问题，电动车出行越来越受到人们的重视，不仅节能环保，而且方便快捷，电动车的需求也越来越大。电动车行业在我国的具有广阔的发展前景。无位置传感器检测方法相对于有位置传感器不仅减小了电机的尺寸和成本还是电路系统变的简单，所以对无刷直流电机无位置传感器控制方法的研究有着十分重要的意义。
1.2 无刷直流电机控制技术
与传统的直流电机不同，无刷直流电动机使用电子开关器件以及位置检测器来替代电刷和换向器，这种电动机不仅有直流电动机的特点又有交流电动机的优点[5]。无刷直流电机由电机本体、位置传感器、功率逆变器和控制电路组成，无刷直流电机的位置检测方法根据是否有传感器来划分，有两种：有位置传感器无刷直流电机和无位置传感器无刷直流电机。有位置传感器无刷直流电机把位置传感器安装在无刷直流电机的定子上，从而检测电机在工作过程中转子位置，然后将转子的位置信号转换成电信号，控制电路将电信号进行逻辑变换，发出驱动信号来控制逆变电路中功率管的开关， 让电机按正确的导通顺序导通，从而使电机在空间中形成旋转磁场，进而驱动转子连续的旋转[6]。无刷直流电机中经常使用的位置传感器有磁敏式位置传感器、电磁式位置传感器以及光电式位置传感器等[7]；无位置传感器无刷直流电机是指不通过位置检测器检测电机转子的位置，而是通过其他方法检测转子的位置信息，其中比较典型的有：端电压检测法和续流二极管法等。反电动势过零点检测法是目前技术最成熟的方法，其原理是：对于永磁电机来说，反电动势的大小与电机中转子的位置有关，根据反电动势的大小变化，就可以推断出转子的位置，当检测到反电动势变为零的时刻时，再延时300电角度即为换相的时刻[8]，本文也是根据这个原理来推断的。
2 无刷直流电机的组成及数学模型
2.1 无刷直流电机的组成
图2.1 无刷直流电动机的结构原理框图
电机本体：传统的有刷直流电机定子为永磁结构，用稀土永磁材料制作而成，转子为线圈绕组，无刷直流电机的定子是线圈绕组，转子是永磁结构[9]。
逆变器：逆变器用来将直流电转换成交流电，其中的功率器件并不是独立的，受控于转子位置信号，根据联结方式不同有半桥型和全桥型两种[10]。
位置检测器：位置检测器的作用是检测转子磁极相对于定子绕组的位置，包括有位置传感器和无位置传感器，通常使用无位置检测方法（续流二极管法、端电压法）。
控制器：控制器是文持整个电机正常工作的中心，可以对位置信号进行识别，进行逻辑运算，并产生驱动信号，控制逆变器的开断。
2.2 控制器部分
在本论文中采用STM系列单片机，不同的STM8S产品，它的存储器、寄存器选项字节和外设定义会有所不同，但差异较小，本文采用STM8S20X系列CPU，下面简单介绍一下几个常用功能
2.2.1 时钟控制器
时钟控制器把不同的系统时钟连接到内核和外设，其主要特点有: