三相永磁同步电机的控制方法之六步换向控制（Six-Step Commutation）

三相永磁同步电机的控制方法之六步换向控制（Six-Step Commutation）

六步换向控制（Six-Step Commutation）是一种简单的三相无刷直流电机（BLDC）或永磁同步电机（PMSM）的控制方法。它通过依次切换三相绕组的电流方向，产生旋转磁场，驱动电机运行。与矢量控制（FOC）相比，六步换向控制算法简单，计算量小，适合低成本、低性能要求的场景。

• 基本原理
  
• 换向顺序
  
• 转子位置检测
  
• 优点与缺点
  

六步换向控制的设计

以下是一个简化的六步换向控制的C语言实现案例，假设电机为三相无刷直流电机（BLDC），使用STM32微控制器。

• 定义换向表
  六步换向的每一步对应一个特定的绕组导通状态，可以用一个数组表示。

// 定义六步换向表，每个元素对应一个开关状态
// 0: 断开, 1: 导通
// A相高侧开关: HA, A相低侧开关: LA
// B相高侧开关: HB, B相低侧开关: LB
// C相高侧开关: HC, C相低侧开关: LC
const uint8_t commutation_table[6][6] = {
    {1, 0, 0, 0, 1, 0},  // Step 1: HA, LC
    {1, 0, 0, 1, 0, 0},  // Step 2: HA, LB
    {0, 0, 1, 1, 0, 0},  // Step 3: HB, LA
    {0, 1, 1, 0, 0, 0},  // Step 4: HB, LC
    {0, 1, 0, 0, 0, 1},  // Step 5: HC, LA
    {1, 0, 0, 0, 0, 1}   // Step 6: HC, LB
};

• 转子位置检测
  假设使用霍尔传感器检测转子位置，霍尔传感器的信号对应换向表中的步骤。

// 获取霍尔传感器信号
uint8_t Get_Hall_Signal() {
    // 假设霍尔传感器信号为3位输入（Hall_A, Hall_B, Hall_C）
    uint8_t hall_state = (Hall_A << 2) | (Hall_B << 1) | Hall_C;
    // 将霍尔信号映射到换向表索引
    return hall_state & 0x05;  // 简化映射逻辑
}

• 换向逻辑
  根据霍尔传感器信号选择换向表中的开关状态，并控制逆变器。

void Commutation_Control() {
    uint8_t hall_state = Get_Hall_Signal();  // 获取霍尔传感器信号
    uint8_t step = hall_state & 0x05;        // 映射到换向表索引

    // 获取当前步的开关状态
    uint8_t ha = commutation_table[step][0];  // A相高侧
    uint8_t la = commutation_table[step][1];  // A相低侧
    uint8_t hb = commutation_table[step][2];  // B相高侧
    uint8_t lb = commutation_table[step][3];  // B相低侧
    uint8_t hc = commutation_table[step][4];  // C相高侧
    uint8_t lc = commutation_table[step][5];  // C相低侧

    // 控制逆变器开关
    Set_Switch(HA_PIN, ha);  // 设置A相高侧开关
    Set_Switch(LA_PIN, la);  // 设置A相低侧开关
    Set_Switch(HB_PIN, hb);  // 设置B相高侧开关
    Set_Switch(LB_PIN, lb);  // 设置B相低侧开关
    Set_Switch(HC_PIN, hc);  // 设置C相高侧开关
    Set_Switch(LC_PIN, lc);  // 设置C相低侧开关
}

• PWM生成
  通过PWM控制功率开关的导通时间，调节电机转速。

void Set_PWM_DutyCycle(uint8_t duty_cycle) {
    // 设置PWM占空比（假设使用STM32 HAL库）
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, duty_cycle);  // A相高侧
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, duty_cycle);  // B相高侧
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_3, duty_cycle);  // C相高侧
}

• 主控制循环
  在主循环中调用换向逻辑和PWM设置函数。

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_TIM1_Init();  // 初始化PWM定时器

    while (1) {
        Commutation_Control();  // 执行换向逻辑
        Set_PWM_DutyCycle(50);  // 设置PWM占空比（示例值）
        HAL_Delay(1);           // 延时（实际应用中不需要）
    }
}

实际应用中的注意事项