圖2 SVPWM波形生成及單電流采樣示意圖
從上圖中我們可以看出，一個SVPWM周期可以劃分成七個小的時間段（此即七段法名稱的由來），不同的時間段對應不同的開關管控制電壓，不同的控制電壓造成了逆變電路中功率開關管不同的通斷狀態，而不同的通斷狀態則對應著不同的電流流向，因此只要我們知道了當前的電流流向狀態，就可以從兩次不同時間的采樣電流（分別對應若干電流之和）中提取出需要的電流。以第0扇區為例（如圖2右側所示），在第一次電流采樣中得到了Iu，第二次得到了(Iu+Iv)，由于在很短的時間內，電流不會發生突變，這樣就可以根據(Iu+Iv+Iw=0)推算出三相電流，完成了單電流采樣(One-shunt current detection)。
這一算法簡潔明了，但也存在著一定的問題：第一，在采樣的過程中往往會引入較多的噪聲，需要進行濾波；第二，存在扇區邊界切換問題，我們從圖2中可以看出，在旋轉矢量跨越邊界的時候，由于某一基本矢量作用時間太短會導致采樣無法完成，這個時候，可以通過限制作用時間最小值來保證采樣過程正常進行，但這樣必然會使生成的正弦波發生畸變，我們通過簡單的濾波（例如限制兩次電流采樣值的差異幅值，根據歷史值修正新值等）去掉畸變點，可以實現很好的效果。
實際采樣以及濾波處理結果如下（圖3），從圖中可以看出通過濾波達到了很好的電流檢測效果，完全可以滿足進一步的控制需求。
圖3單電流采樣電流結果(未濾波與濾波后的比較)
4無位置、速度傳感器下電機控制方法詳述
這里將從電機的初始化啟動、正常運轉和調速三個方面敘述電機控制的全過程，并給出電機控制算法的流程圖，讓讀者更能夠從整體上了解這一控制方法。
啟動過程：由于整個系統沒有傳感器以獲得電機的實際位置，如果從任意位置啟動，可能會造成電機反轉甚至啟動完全失敗，因此需要對電機轉子位置進行初始化，即把后面控制算法中涉及到的轉子角度的初始值清零。我們采用的初始化方法是生成一個固定的PWM脈沖序列，該序列的特點是只作用于在某一相，最后將電機鎖定于某一磁極，達到了初始化的目的。
正常運轉：目前我們采用TI公司的TMS320LF2407A作為控制的DSP，該DSP本身具備PWM 控制寄存器，通過較簡單的程序就能完成前面所述的七段法SVPWM波的輸出。
整體控制算法流程如圖4所示：
圖4控制算法流程
電機通過單電流采樣得到兩個采樣電流值，通過電流識別方法，計算出三相電流，利用Clarke和Park變換將電流映射到d、q坐標系下，估算出角度和速度值，通過結合了積分分離的PI控制算法，完成對電機的反饋控制，然后經過Park逆變換，控制生成了新的SVPWM波，完成一次循環。這里用到的位置、速度估算函數由于篇幅所限，將另做描述。
調速的方法：在電機運轉過程中，當需要調整轉速時，我們采用分段加減速的方法，將給定目標速度和電機當前速度之間分成若干小段，逐級進行調速，從而達到很穩定的調速效果。
5實驗結論及進一步的工作
目前我們已經在一臺92BL(1)C50-15H的BLDC上實驗成功了上述控制算法，完成了從啟動到正常運轉、加減速、拖動負載的全部工作，電機運行平穩，噪聲小，輸出轉矩穩定。我們測試了雙電流采樣和單電流采樣的方法，均達到了理想的效果。目前正在進行將控制方法移植到空調壓縮機上的嘗試，已取得初步成功，下一步將改進算法，增加諧波補償功能，使電機運轉更加平穩，測試對更多種型號電機的控制，并考慮進行工業上的應用。
本文作者創新點：采用電機保護電路電阻作為****的電流采樣電阻，結合單電流采樣鑒別算法得出三相電流，實現了對反電動勢為正弦波的BLDC的無傳感器控制。
參考文獻
[1] 李永東.交流電機數字控制系統[M].北京:機械工業出版社,2003:1~5
[2] 王曉明,王玲.電動機的DSP控制——TI公司DSP應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005:185~200
[3] 葉振鋒,雷淮剛等.基于ST72141芯片的無刷直流電動機控制系統[J].微計算機信息,2005,21(4),107~108
[4] Gui-Jia Su,John W. McKeever. Low-Cost Sensorless Control of Brushless DC Motors With Improved Speed Range [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2004,19(2):296~302
[5] 韋鯤,任軍軍等.三次諧波檢測無刷直流電機轉子位置的研究.中國電機工程學報.2004,24(5):167~171
[6] 董亞暉,龔世纓等.永磁無刷直流電機轉子位置估算方法[J].微特電機,2002,30(2):11~12
