基于 ADC 采样的无感方波电机控制

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本指南包含以下内容：

初始位置检测

由无刷电机的一相电压平衡方程 \(u_{a}=Ri_{a}+L_{a}\frac{di_{a}}{dt}+e_{a}\) 可知，当电机静止时，反电势为零，则电枢电流为：

\[i=\frac{U}{R}\left(1-\frac{1}{e^{\tau}}\right)\]

通过分析上述公式可知，通过施加高频电压以产生对应的脉冲电流，并对比脉冲电流大小，可准确确定转子的位置范围。

为获取初始状态下的转子位置，esp_sensorless_bldc_control 组件在启动时按照顺序施加电压脉冲，获取采样电阻上的电流脉冲，比较 6 个矢量的大小以确定最大矢量所在区间。

脉冲注入顺序

注入顺序	U相	V相	W相
1	Udc	Udc	GND
2	GND	GND	Udc
3	Udc	GND	Udc
4	GND	Udc	GND
5	GND	Udc	Udc
6	Udc	GND	GND

备注

1. 在静止状态下，对 BLDC 电机分别注入特定电压矢量，每个电压矢量作用固定时间 \(T_{s}\)，保障注入电流大小。

2. 电压矢量注入结束时刻，对母线电流采样。

3. 依次注入剩余电压矢量，比较各电压矢量作用下的电流值大小，确定最大电流标识，得到转子初始位置。

基于 ADC 方案的 BLDC 无感控制

反电势定义

当无刷电机转动时，每个绕组都会产生反电动势电压，根据楞次定律，反电势极性与主电压相反。反电势计算公式：

\[BEMF = NlrB\omega\]

其中，N 为绕组匝数，l 为转子长度，r 为转子内半径，B 为转子磁场，\(\omega\) 为角速度。

当电机做定后，电机绕组与转子参数固定。电机反电势只与角速度成正比。

下图为电机旋转一个电周期中电流与反电势波形。

电流与反电势波形

ADC 方案的过零点采样原理

当 BLDC 电机转动时，反电势过零点发生在浮空相。通过检测各相各相对地电压，并与直流母线电压对比。当端电压等于直流母线电压一半时，即发生过零事件。在基于ADC的过零点检测方案中，同时测量端电压与直流母线电压并进行对比，获得过零信号。

ADC 过零点检测实现方式

ADC 方案的过零点采样硬件

ADC 过零点检测硬件

为简化计算流程，端电压与直流母线电压采用相同的分压系数。在 12V 电机控制方案中，采用 \(1/21\) 的分压方案，控制直流母线电压与端电压范围在 ESP32 系列芯片的 \(V_{ref}\) 范围内。

备注

注意，电压需要转化到 ESP32 ADC 能够采集的范围。请参考：ESP32 ADC

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