📖 第 25 章：直流无刷电机无感控制（Sensorless Control）
⚙️ 正点原子《DMF407 电机控制专题教程》V1.0 · Chapter 25
🗨️ 本章金句：「没有霍尔，反电动势就是转子自带的「透明霍尔」。」
这一章在干嘛？ 霍尔在高温/振动/潮湿环境不可靠还占空间。无感方案用反电动势过零检测代替霍尔：浮空相反电动势过零点超前换相点 30°，检测到就延迟 30° 换相。静止时没有反电动势，所以还要一套「三段式启动」。
25.1 反电动势法原理
三相 120° 通电方式下任意时刻两相通电、一相浮空。浮空相的端电压反映它的反电动势（BEMF，梯形波）：
关键几何关系： 每个换相点间隔 60° 电角度，过零点恰在两个换相点正中间——即超前换相点 30°。检测到过零后延迟 30° 换相，转子磁场永远被「追着」牵引。
无感检测方法还有反电动势积分法、续流二极管法、三次谐波法、扩展卡尔曼滤波、状态观测器等，反电动势过零检测最成熟。
25.2 过零检测：虚拟中性点 + 比较器
Y 形绕组没有中性点引出线，就用三个等值电阻构造「虚拟中性点」；驱动板上的比较器（U8B）把浮空相端电压与虚拟中性点电压比较，端电压穿越中性点电压的时刻就是过零点，输出 ZERO_U/V/W 三路过零信号。
三相过零信号（正→负、负→正）共 6 种组合，与 6 种导通状态一一对应且固定，写入正/反转两张真值表——检测到过零组合变化，查表就知道下一步该导通哪两相。
25.3 三段式启动
反电动势幅值与转速成正比——静止和低速时根本检测不到过零信号，必须先「盲走」：
| 阶段 | 做法 | 关键参数 |
|---|---|---|
| ① 转子预定位 | 任给一组固定通电（U+V−）强行吸住转子 | 占空比 MAX_PWM_DUTY/20，初始延迟 1100×55µs |
| ② 外同步加速 | 强制换相并逐步升频升压（vvvf 法） | Freq_T_Ref -= Freq_T_Ref/15+1，下限 180 |
| ③ 状态切换 | 检测到稳定过零信号后切入闭环 | count_i ≥ 4（约转 2 圈）才认为稳定 |
/* 三段式启动状态机：定位 -> 升频升压加速 -> 过零闭环 */
case 0: /* 定位：固定一相 */
vvvf_sp.Voilage_Ref = (uint16_t)(MAX_PWM_DUTY / 20);
g_bldc_motor1.pwm_duty = vvvf_sp.Voilage_Ref;
m1_uhvl(); /* U+V- 通电预定位 */
vvvf_sp.Freq_T_Ref = 1100; /* 初始换相延迟 55*1100us */
g_zero_ctr_status = 1;
break;
case 2: /* 加速换相（提高换向频率） */
vvvf_sp.Freq_T_Ref -= vvvf_sp.Freq_T_Ref / 15 + 1; /* 递减延迟=升频 */
change_voltage(); /* 同步升压 */
if (vvvf_sp.Freq_T_Ref < 180) /* 频率下限 */
vvvf_sp.Freq_T_Ref = 180;
anwerfen_sw(); /* 按序换相 */
break;
case 3:
hallless_sw(); /* 切换至闭环过零检测 */
break;盲区警告： 加速与切换阶段转子位置「不可见」，参数不合理会电流不稳或抖动。占空比与加速斜率要根据电机和负载调试。
25.4 过零软件滤波与延迟换相
过零信号先过一道软件滤波（移位队列 + 掩码）：连续多次相同电平才承认，消除换相尖峰的干扰：
hallless_three.Queue_Status[0] = hallless_three.Queue_Status[0] << 1;
hallless_three.Queue_Status[0] |= HAL_GPIO_ReadPin(HALL1_TIM_CH1_GPIO,
HALL1_TIM_CH1_PIN); /* U 相过零点 */
hallless_three.Filter_Math = hallless_three.Queue_Status[0] & FILTER_LONG;
if (hallless_three.Filter_Math == FILTER_LONG)
hallless_three.QFilter_Status[0] = 1; /* 连续为 1 判高 */
else if (hallless_three.Filter_Math == 0x00)
hallless_three.QFilter_Status[0] = 0; /* 连续为 0 判低 */
else { hallless_three.Filter_Count++; return 0; } /* 跳变期不处理 */延迟 30° 怎么算？ 未来测不到，但上一个换相周期（60° 电角度）可测，取一半近似：代码实现为 Filter_Delay = count_j / 6。由于硬件低通滤波与软件延迟的叠加，实际延迟角要小于 30°，可用示波器经 PE1 观察校准。
if (hallless_three.Hallless_State != hallless_three.OldHallless_State)
hallless_three.Filter_Count_All++; /* 开始过零计时 */
if (hallless_three.Filter_Count_All >= hallless_three.Filter_Delay)
{ /* 30° 延迟到 */
hallless_three.Filter_Count_All = 0;
if (hallless_three.Hallless_State != hallless_three.OldHallless_State)
{
if (g_bldc_motor1.dir == CCW) g_bldc_motor1.pos--;
else g_bldc_motor1.pos++;
pfunclist_m1[hallless_three.Hallless_State - 1](); /* 查表换相 */
}
hallless_three.OldHallless_State = hallless_three.Hallless_State;
}实验：JP3 跳线帽必须接 H&Z 与 ZERO（不是 HALL）；按键 KEY0 正转、KEY1 反转、KEY2 停止。现象：KEY0 后电机经短暂定位-加速后平稳正转。
🧠 小测验
1. 为什么无感控制必须「三段式」启动？
反电动势幅值与转速成正比，静止/低速时过零信号检测不到、无法定位转子；所以先预定位、再外同步加速，待转速足够、过零信号稳定后再切入反电动势闭环。
2. 过零点与换相点的关系及延时如何确定？
过零点超前换相点 30° 电角度；无法预知未来 30° 时长，用刚测得的上一换相周期（60°）时间减半近似，例程实现为 Filter_Delay = count_j/6（实际因滤波延迟需略小于 30°）。
3. 无中性点引出线时如何得到过零信号？
用三个等值电阻把三相端电压汇成「虚拟中性点」，比较器将浮空相端电压与虚拟中性点电压比较，端电压穿越中性点电压的时刻即过零点，输出 ZERO_U/V/W。