无刷控制器

控制器（英文名称：co*oller）是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个系统的操作。

控制器分组合逻辑控制器和微程序控制器，两种控制器各有长处和短处。组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦设计完成，就不能再修改或扩充，但它的速度快。微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充都方便，修改一条机器指令的功能，只需重编所对应的微程序；要增加一条机器指令，只需在控制存储器中增加一段微程序，但是，它是通过执行一段微程。具体对比如下：组合逻辑控制器又称硬布线控制器，由逻辑电路构成，完全靠硬件来实现指令功能。

1、指令寄存器用来存放正在执行的指令。指令分成两部分，操作码和地址码。操作码用来指示指令的操作性质，如加法，减法等；地址码给出本条指令的操作数地址或形成操作数地址的有关信息（这时通过地址形成电路来形成操作数地址）。有一种指令称为转移指令，它用来改变指令的正常执行顺序，这种指令的地址码部分给出的是要转去执行的指令的地址。

2、操作码译码器：用来对指令的操作码进行译码，产生相应的控制电平，完成分析指令的功能。

3、时序电路 ：用来产生时间标志信号。在微型计算器中，时间标志信号一般为三级：指令周期、总线周期和时钟周期。微操作命令产生电路产生完成指令规定操作的各种微操作命令。这些命令产生的主要依据是时间标志和指令的操作性质。该电路实际是各微操作控制信号表达式（如上面的A→L表达式）的电路实现，它是组合逻辑控制器中****为复杂的部分。

4、指令计算器：用来形成下一条要执行的指令的地址。通常，指令是顺序执行的，而指令在存储器中是顺序存放的。所以，一般情况下下一条要执行的指令的地址可通过将现行地址加1形成，微操作命令“1”就用于这个目的。如果执行的是转移指令，则下一条要执行的指令的地址是要转移到的地址。该地址就在本转移指令的地址码字段，将其直接送往指令计数器。

微程序控制器的提出是因为组合逻辑设计存在不便于设计、不灵活、不易修改和扩充等缺点。

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霍尔传感器 ：BLDC电机的换向是以电子方式控制的。要使 BLDC电机转动，必须按一定的顺序给定子绕组通电。为了确定按照通电顺序哪一个绕组将得电，知道转子的位置很重要。转子的位置由定子中嵌入的霍尔效应传感器检测。 每当转子磁****经过霍尔传感器附近时，它们便会发出一个高电平或低电平信号，表示北磁****或南磁****正经过该

传感器。根据这三个霍尔传感器信号的组合，就能决定换向的*顺序。

工作原理：每次换向，都有一个绕组连到控制电源的正****（电流进入绕组），第二个绕组连到负**** （电流从中流出），第三个处于失电状态。转矩是由定子线圈产生的磁场和永磁体之间的相互作用产生的。理想状态下，转矩峰值出现在两个磁场正交时，而在两磁场平行时****弱。为了保持电机转动，由定子绕组产生的磁场应不断变换位置，

因为转子会向着与定子磁场平行的方向旋转。 “六步换向”定义了给绕组加电的顺序。

换向顺序：每转过60 个电角度，其中一个霍尔传感器就会改变状态。因此，完成电周期需要六步。在同步模式下，每转过60 个电角度相电流切换一次。但是，一个电周期可能并不对应于完整的转子机械转动周期。完成一圈机械转动要重复的电周期数取决于转子磁****的对数。一般对于六步换向来说，n个磁****对把电机旋转角度分为360/（6*n个）°。每对转子磁****需要完成一个电周期。因此，电周期数/ 转数等于转子磁****对数。以彼此之间有 60 度相移的霍尔传感器信号为例。正如我们之前在 “霍尔传感器” 一节中讨论的，霍尔传感器彼此之间的相移可以是60°或 120°。在选择控制特定电机的控制器时，应遵循电机制造商定义的顺序 。如果标有PWMx 的信号根据该顺序在导通（ON）和关断（ OFF）之间切换，则电机将以额定转速运行。这里假设直流母线电压等于电机额定电压加上开关两端的电压损耗。要改变转速，这些信号必须以远高于电机频率的频率进行脉宽调制 （Pulse Width Modulated，PWM）。作为一条经验法则， PWM 频率至少应该是电机****搞频率的 10 倍。 PWM的占空比在一次换向过程中变化时，提供给定子的平均电压降低，从而降低了转速。 PWM的另一个好处是，如果直流母线电压比电机额定电压高得多，可通过限制 PWM占空比对应于电机额定电压的百分比来控制电机。这就增加了灵活性，可使控制器能与具有不同额定电压的电机协同工作，通过控制PWM 占空比使控制器的平均输出电压与电机额定电压匹配。

闭环控制：可通过测量电机的实际转速来对转速进行闭环控制。首先计算设定转速和实际转速间的误差。可以用比例- 积分 -微分 （ Proportional plus Integral plus Derivative，P.I.D.）控制器放大转速误差，动态调整PWM 占空比。对于低成本、低分辨率的转速要求，可用霍尔信号测量转速反馈。 可以用 PIC18FXX31 中的定时器计算霍尔信号两个边沿间的时间，并用该时间计算电机的实际转速。对于高分辨率转速测量，可在电机上安装光电式编码器，它能给出具有90 度相位差的两个信号。用这些信

号可以判定转速和转向。同时，多数编码器还给出第三个索引信号，电机每转动一周发出一个脉冲。它可以用在*应用中。光电式编码器有不同的每转脉冲数（Pulse Per Revolution，PPR）可选，范围从几百到几千不等。

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