BLDC无刷电机的控制策略与芯片、方案选型

发布时间：2024-10-25 阅读量：4422 来源: 我爱方案网作者: bebop

无刷直流电机（BLDC）与其他类别的电机（如有刷电机）相比具有一些显著的优势。具体表现为：在任何负载条件下BLDC都能准确调节其性能，同时具有更高的效率和更低的响应时间，且几乎无需维护。这些特性使得BLDC广泛应用于从极小的电机驱动器（如计算机硬盘驱动器）到电动汽车（EV），以及机器人和工业自动化中使用的大机械臂等各种应用中。下面我们就以BLDC为例介绍相关的电机控制策略及高性能伺服控制MCU产品及方案。

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一、控制策略

基于霍尔传感器的位置控制：利用安装在电机内部的霍尔传感器来检测转子位置，进而控制逆变器的开关状态，完成换向操作。这种方法简单可靠，但精度较低。
无传感器控制：通过监测电机的相电压或相电流来间接估计转子位置，从而实现换向。这种方法可以减少成本并提高系统的鲁棒性，但算法相对复杂。
矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）：将电机模型转换为直轴(d-axis)和交轴(q-axis)坐标系下处理，分别独立控制励磁电流和转矩电流，以达到最优性能。矢量控制能够显著提升电机的动态响应速度和稳态精度。

二、芯片选型与实战方案

HPM5300

HPM5300是先楫半导体面向工业自动化、新能源及汽车电子三大应用领域推出的一款高性能运动控制微控制器产品。

HPM5300 支持双精度浮点运算及强大的 DSP 扩展，主频 480MHz，达到甚至超越国际主流高性能 MCU 产品，满足大多数应用场景下的开发需求。

目前，HPM5300系列产品已经广泛应用于工业自动化中的编码器和伺服驱动器，新能源中的微型逆变器，汽车电子中的 IMU、ECU 和汽车座椅门控模块等产业中。

HPM6700/6400

先楫主打产品HPM6700/6400系列不仅拥有816MHz的主频、还有LCD驱动、2D图形加速、JPEG解码、音频输入等多媒体外设，具备17个串口、双千兆以太网等通讯外设，还具备4组电机控制模块，能输出32路PWM输出、接4个编码器，可以完成单芯片驱动4个电机。可以实现LCD显示、音频信号处理、数据转发透传、电机控制等功能，主要应用于工业自动化、电机控制、电源管理、物联网等领域。

HPM6750系列芯片支持4套电机控制单元，每个单元包括1个PWM定时器，一个正交编码器接口，一个霍尔传感器接口和1个互联管理接口，配合片上提供的数模转换ADC模块和ACMP等外设，可以实现同时控制4个电机。包含1个同步定时器，可以用于4套电机控制单元间进行同步，实现HMI与四轴伺服运动控制，无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。

单芯片4轴驱显一体伺服方案

主控芯片：先楫HPM6000系列

方案简介：四轴伺服解决方案采用高性能的 HPM6750 作为主控，单芯片实现 HMI 与四轴伺服运动控制，稳定性好、响应速度快、控制精度高，无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。

方案特点：

816MHz 主频控制器，性能强悍
多伺服电机控制，高精度位置控制
集传感器数据采集、显示、交互、多电机控制于一体
相比模块化的伺服控制系统，方案性能和效率大大提高

应用场景：

多轴协同场景，如

机器人：工业机器人、SCARA机器人
机床加工、伺服方案

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