其利天下技術·低速無刷電機如何更好的控制？無刷電機驅動方案開發(fā)

需要低速運轉的無刷電機經(jīng)常運用在電動車、機器人關節(jié)、醫(yī)療設備等場景。最近有客戶找到我們開發(fā)無刷電機驅動方案，他的需求是低轉速，而且需要精準控制電流。經(jīng)常開發(fā)無刷電機驅動方案的工程師都知道，高速運轉的無刷電機控制難度比低速要難得多。我們今天來探討一下這個問題吧。

首先，我們分析一下無刷電機在低速情況難以控制的幾個可能性：

電機的電感特性

無刷電機的電感會影響電流的變化速度。在低速時，電感效應較弱，電流響應較慢，導致電機的轉矩輸出波動，容易引起抖動和不穩(wěn)定。

反電動勢的影響

無刷電機在低速時反電動勢（Back-EMF）較小，而反電動勢是常規(guī)速度估計的關鍵信號，信號弱時，速度估算的準確性下降，影響電機的穩(wěn)定控制。

負載和摩擦的非線性

在低速運行時，負載的摩擦力和粘滯力的非線性影響較大，電機輸出轉矩容易不足，難以保持穩(wěn)定運行。

控制器的精度要求

低速時，需要更精確的電流和位置控制，然而由于電流傳感器、位置傳感器（或估算）的分辨率有限，控制精度難以保證。

想實現(xiàn)控制穩(wěn)定，可以嘗試以下技術：

無傳感器FOC（Field-Oriented Control）

通過估算電機轉子的磁場方向來進行控制，能夠在低速時提供更精確的轉矩控制。無傳感器FOC依賴于電流的估算和控制算法的精度，在低速時通過改進算法，可以更好地應對反電動勢信號弱的問題。

傳感器FOC控制 使用位置傳感器

（如霍爾傳感器或編碼器）來直接獲取電機的轉子位置，從而實現(xiàn)高精度的閉環(huán)控制。這種方法在低速運行時穩(wěn)定性較高，但成本和復雜性也會增加。

滑?？刂疲⊿liding Mode Control, SMC）

滑模控制是一種非線性控制方法，特別適合處理系統(tǒng)的非線性和不確定性。在無刷電機的低速運行中，滑?？刂颇軌蚝芎玫貞獙ω撦d的非線性特性和擾動，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

自適應控制

通過實時調(diào)整控制參數(shù)來適應不同的運行狀態(tài)，自適應控制能夠在低速時調(diào)整電機的控制策略，以應對負載變化和摩擦力的影響，從而提升低速穩(wěn)定性。

低速起動算法

在低速啟動時，可以采用專門的低速啟動算法，降低啟動電流，平滑加速過程，以減少抖動和失步現(xiàn)象。