面向计算体系结构的电机控制

1、面向计算体系结构的电机控制第一，我们采集来自转轴的转子位置采样，以及三个绕组中两个绕组的电流采样。因为一些很好的数学算法，我们并不需要全部三个绕组电流。这些采样告知我们转子以及定子旋转磁场的瞬时位置和滞后速度。我们的工作是控制转子的速度和位置，这通过控制定子绕组的电流大小来实现，同时还要让旋转磁场比转子磁场超前 90 度。通过两个容易的变换，我们很简单完成这一工作。clarke 变换将两个定子绕组的电流采样 它们分开 120 度，映射到一对正交矢量上。矢量的方向相对于定子是固定的，固然，其矢量和是旋转磁场矢量。clarke 变换只需要将电流值乘以常数，加上乘积 容易的乘累加运算。其次种变换是

2、park 变换，将这两个正交矢量映射到转子参考的旋转帧中。一个矢量与转子磁场对齐，另一个 正交矢量，角度与其垂直。park 变换比较难处理。在举行矢量乘法把矢量变换成转子参考帧之前，它用法瞬时转轴位置来计算 sin() 和 cos() 系数。现在，我们可以控制信号。我们把与转子对齐的矢量保持为 0，表示定子磁通量没有对转子产生扭矩。我们用法正交重量来控制转子位置和速度，定子磁通量事实上产生了扭矩。例如，控制器会处理所需位置的输入，将其与传统分立时光比例积分 (pi) 控制电流的实际转轴角度相对照，产生误差信号，输出至 foc 模块。foc 模块然后会把这一误差信号送入正交扭矩信号中，使转子旋转

3、。模块会应用 park 反变换，把扭矩映射回定子参考的固定帧，然后，通过 clarke反 变换，把扭矩信号映射到电流中，送入三个绕组。这样就转变了定子绕组所需位置和所需速度输入激励信号，旋转定子磁场，使转子处于所需的角度上。计算负载并没有那么复杂：foc 模块每一采样间隔可能是两次三角运算，10 次乘法，7 次加法，以及一些其他运算来实现 pi 控制器。全部这些算法都可以在定点中实现，需要认真一些。采纳目前的典型 16 khz 采样和脉冲宽度调制速率，我们并没有降低现代 32 位 mcu 的整体性能。但是，不止于此。无传感控制让我们从那个转轴编码器开头。foc 算法必需有精确的转轴角度反馈。传

4、统上，这一数据来自转轴编码器 与电机转轴衔接的光机电设备。但是，编码器提高了系统中每一电机的成本、体积、分量，增强了新的失效模式。它需要控制器工业标准接口。原理上，有足够的定子绕组和电流信息来确定转子位置。这样，可以实现无传感工作 起码可以不采纳转轴编码器，采纳更多的电流和三个电压传感器来替代它，全部这些信号都需要精确的模数转换。这样，无数复杂的机械功能可以在软件中实现。就是这种主意。绕组负载上的电压有两个主要重量：绕组串联导致的 ir 压降，来自绕组的后向 emf。但是，后向 emf 本身有两个来源：绕组自身的电感，以及转子通过绕组磁力线导致的漏磁通量。假如您能够隔离电压变幻的最后部分，基本

5、上就能够计算出转子角度。事实上，这样做涉及到一些计算，包括 park 变换，积分评估，以及每一采样间隔期间的反三角函数运算。然而，除了试验室环境，您不太可能获得电机特性的精确数据，例如，绕组阻抗和电感等。不同的电机有不同的这类指标，而且这些指标还对温度和老化等其他参数十分敏感。由此，开发人员建议了各种计划从状态变量矩阵中提取出转子角度。这些主意包括锁定由转子导致的电压波纹的锁相环，计算转子位置的状态估算器，将其结果与以前的数据举行对照，还有终于的估算器，kalman 。与挺直计算相比，这些办法起码让计算负载增强了一倍，每一周期起码需要 30 次算术运算。振动控制foc 的优点之一是能够控制振动

6、及其陪同噪声。这类测量提高了能效和机械牢靠性，有可能不需要太多的机械设计。在消费类市场上，这能够把 600 美元的洗衣机抬高到售价 800 美元的豪华型。原理还是那么容易。假如振动的缘由是控制环不稳定造成的，那么您可以转变 pi 控制器的增益，使其更临近临界阻尼。假如振动是由电机、驱动转轴或者负载机械共振造成的，您可以通过汲取扭矩信号共振频率功率来消退振动。比较便利的是，foc 办法使您能够在扭矩信号变成三路时变正弦信号之前拜访它，因此，增强陷波滤波器汲取共振频率功率就可以了。不论哪一操作 增强增益环还是滤除错误信号，都会对系统动态速度和位置误差产生不利影响。但是在无数应用中，对于平滑宁静的操作，转轴速度的瞬时误差并不重要。振动控制需要三种主要的处理模块：迅速傅里叶变换 (ff