灯哥FOC笔记-----(1)无刷电机概论和硬件控制原理

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无刷电机概论

基本的航模无刷电机结构图如下图所示,分为前盖,中盖,后盖,磁铁,硅铜片,漆包线,轴承和转轴组成。

更为宏观上说,我们可以把电机分为定子部分和转子部分两个部分。这个是最为常见的。

  1. 定子部分就是有线圈绕组,固定不动的部分。
  2. 转子就是电机旋转的部分,用于输出电机的转动和扭矩

而进一步,无刷电机可以分为内转子和外转子两种。

内转子无刷电机就是转子在内部。

外转子无刷电机就是转子在外面,我们常见的无刷电机,比如航模无刷电机,就是外转子无刷电机。

而直流无刷电机的驱动,就是依靠改变电机定子线圈的直流交变频率和波形,在定子周围形成磁场,驱动转子永磁体转动,进而带动电机转起来,所以,想要让电机成功驱动,研究如何改变定子线圈的电流交变频率和波形就是我们的工作重点,而这个重点可以进一步分为两个部分,一个是硬件电路部分,一个是软件控制部分。

硬件控制原理

无刷电机和有刷电机的区别,就是说无刷电机没有了有刷电机的电刷,因此它不能够如同有刷电机那样采用机械结构进行电流的换向,而是通过采用MOS这样的器件实现电子换向,MOS本质上可以理解为一种开关,可以控制电流的通断。

我们通过控制不同MOS的通断,线圈电流的大小(通过PWM)和方向就能够改变,比如说当打开Q1和Q2时候,电流的方向由A到B,在流出负极,根据右手螺旋定则(只要有电流流过,就会产生磁场),磁场的产生会导致定子线圈吸引转子的磁铁传动,当转动到一定角度的时候,会停止转动,如果想要继续转动,则需要修改电磁场状态。

所以,我们可以通过开关不同的MOS,控制电机磁极的运动,进而控制无刷电机旋转运动。

所以,对电机的控制就是对MOS管开关的控制,而MOS管的开关规律则用单片机进行控制,这个就是FOC控制算法,FOC控制就是一种对电机运动模型进行抽象化和简化,进而有规律控制各个MOS管开关和通断的过程。

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