datasheet

利用完全可编程平台实现高效的马达控制

2018-01-06来源: 互联网 关键字:马达  马达控制

环保一直是备受关注的话题,为了实现低碳生活,发达国家的政府以税费的方式来降低碳排放和能源使用。超过半数的电力用于驱动电动机,因此设计人员不是应该而是必须采用更加高效的电机控制与设计。


本文将介绍综合运用磁场定向控制(FOC)算法和脉冲频率调制(PFM)严密地控制电机,实现高精度与高效率。


磁场定向控制(FOC)算法


标量控制(或者常称的电压/频率控制)是一种简单的控制方法,通过改变供电电源(电压)和提供给定子的频率来改变电机的扭矩和转速。这种方法相当简单,甚至用8/16位微处理器也能完成设计。不过,简便的设计也伴随着最大的缺陷——缺乏稳健可靠的控制。如果负载在高转速下保持恒定,这种控制方法倒是足够。但一旦负载发生变化,系统就不能快速响应,从而导致能量损失。


相比而言,FOC能够提供严格的电机控制。这种方法旨在让定子电流和磁场保持正交状态(即成90度角),以实现最大扭矩。由于系统获得的磁场相关信息是恒定的(不论是从编码器获得,还是在无传感器工作状态下的估算),它可以精确地控制定子电流,以实现最大机械扭矩。


一般来说FOC比较复杂,需要32位处理器和硬件加速功能。原因在于这种方法需要几个计算密集型模块,比如克拉克变换、帕克变换等,用于完成三维或二维坐标系间的相互转换,以抽取电流相对磁通的关系信息。


如图1所示,控制电机所需考虑的输入包括目标扭矩指令、供电电流和转子角。根据这些参数完成转换和计算,计算出电力电子的新驱动值。完成一个周期的FOC所需的时间被称为环路时间。不出所料,环路时间越短,系统的响应速度就越快。响应速度快的系统意味着电机能够迅速针对负载做出调整,在更短的时间周期内完成误差补偿,从而实现更加顺畅的电机运行和更高的效率。


一般采用嵌入式处理器实现FOC算法,环路时间介于50us到100us之间,具体取决于模型和可用的硬件。此外,还可采用软件来实现FOC,但无法保证其确定性。因此大量设计借助FPGA硬件加速,来发挥这种技术的确定性和高速处理优势。使用最先进的28nmFPGA技术,典型FOC电流环路时间为1.6us1,相对采用软件方法明显缩短。


由于加强电机控制不仅可降低噪声,而且还能提升效率和精度,因此目前大部分电流环路都采用硬件来实现,而且倾向于把速度环路和位置环路也迁移到硬件实现方案中。这种做法是可能的,因为随着数字电子电路技术的进步,单个器件拥有足够强大的运算能力。用FPGA实现的速度控制环路时间和位置控制环路时间分别为3.6us1和18us1。与传统软件方法相比这是显著的性能提升,因为传统的位置环路时间一般在毫秒级。


调制


调制也是提高能效的关键模块。根据负载、性能要求和应用需求可以使用不同的调制方案,而且这些调制方案对电机控制系统的运行影响重大。调制原理图(图2)分析了我们准备在本文中评论的几种调制方案。


最基本的调制方案采用六步进调制法,这代表三相功率桥的6种可能组合(不含111和000空状态,该状态下所有开关均关断)。这种开关方法表示为六边形的6个蓝色顶点。六步进调制法对电机施加最大功率,即逆变器的输出电压与Vdc相等。


虽然输出功率大,设计实现方案简便,但如果电机要求高精度和高稳健性,则不宜采用六步进调制法。这是因为电机运行在非线性状态下,需要从一种状态(顶点)“跳跃”到另一种状态,不能平稳运行。


要让电机更平稳运行,可以使用正弦调制法。正弦调制法能够让电机平稳运行吗,虽然与六步进调制法相比这种方法略显复杂,而且在效率上也没有优势,因为逆变器的输出仅为Vdc的一半,基本上是Vdc/2=0.5Vdc。在调制原理图上,这表示为红圈的内圈。


为弥补正弦调制造成的损耗,空间矢量PWM(SVPWM)调制法运营而生。SVPWM可以提供1/√3Vdc=0.5773Vdc的电压。与正弦调制类似,SVPWM也能让电机平稳运行。在调制原理图上,这表示为红圈的外圈。图3是正弦调制法和SVPWM调制法的波形对比。


正弦调制法和空间矢量调制法均使用脉冲宽度调制(PWM)技术,一种最为常见的工业调制技术。但是脉冲宽度调制使用固定的调制频率,通过改变脉冲宽度来调节对供电电压的控制,故谐波的出现是个问题。谐波是EMI、电机振动的原因,也是一种能量损耗。


为抑制谐波,可以使用另一种调制方法,即使用脉冲频率调制(PFM)。脉冲频率调制可让少量脉冲保持固定宽度,并根据所需的值按不同周期(频率)进行调制。这种调制方法可以减少谐波,因谐波会分散到所有频率上。


即为对PWM和PFM的FFT(快速傅里叶变换)频率分析的对比情况。可以清楚地看到PFM可以消除第三次谐波失真。

关键字:马达  马达控制

编辑:王磊 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/article_2018010611145.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:工业4.0时代突出的特点是什么
下一篇:厦华电子宣布拟16亿元收购福光股份 进军光学元组件领域

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

魅族16黄章爆料汇总:就差最终售价还没曝光

接口上设立独立的HIFI控制器。第二种方式是通过无线传输数字信号,把HIFI新品放在无线耳机上。  立体声扬声器,前置摄像头不居中▲魅族16前置摄像头不居中  黄章表示魅族16将会延续对称设计,手机的额头和下巴的宽度一致,并且会延续魅族15的立体声扬声器设计,但由于受到额头位置的扬声器喇叭冲突的影响,前置摄像头不会居中。魅族15上的立体声扬声器确实带来更好的音质和体验,魅族16保留这个设计也是一件好事,对于前置摄像头不居中的设计,或许对于外观的影响还是比较少。  拥有线性震动马达▲魅族16拥有线性震动马达  魅族15上首次采用了横向线性震动马达,黄章会带网友关于震动马达的问题时透露魅族16将会延续魅族15上的横向线性马达设计。魅族15
发表于 2018-07-09
魅族16黄章爆料汇总:就差最终售价还没曝光

马达驱动评估板STEVAL-VNH5019A主要特性,电路图

ST公司的VNH5019A-E是全桥马达驱动器,集成了双路高边驱动器和两个低边开关,三个芯片封装在MulTIPowerSO-30封装中,引线框是电绝缘的.汽车级产品,输出电流3A,3V CMOS兼容输入,PWM频率高达20kHz,用于各种汽车应用.本文介绍了VNH5019A主要特性,框图和 种应用电路,以及马达驱动评估板STEVAL-VNH5019A主要特性,电路图和材料清单.The VHN5019A-E is a full bridge motor driver intended for a wide range of automoTIve applicaTIons. The device incorporates a dual
发表于 2018-05-31
马达驱动评估板STEVAL-VNH5019A主要特性,电路图

吴德周怒揭坚果R1细节 骁龙845与线性马达稳了

集微网消息(文/罗明)在坚果3发布会结束后,锤子科技老大罗永浩就马不停蹄地为将于5月15日发布的坚果R1宣传造势,无论是陈冠希代言,还是怼老冤家王自如,从未见罗永浩如此的活跃,他还扬言在坚果R1发布会结束后,会有不少的友商抄袭新机的创新之处,进一步拉高了人们对坚果R1的期待。可能是察觉到有些人认为那是罗永浩在吹牛,不靠谱,所以今天锤子科技的产品线&硬件研发副总裁&前华为荣耀产品领域部长吴德周发表长文,透露更多坚果R1的产品细节,增加罗永浩说话的可信度,打消少数人的疑虑。在长文中,吴德周说坚果R1确认搭载最新的高通骁龙845处理器,拥有更大的屏占比以及大幅提升的拍照性能,无线快充与线性马达等特性,坚果R1全部都
发表于 2018-05-12
吴德周怒揭坚果R1细节 骁龙845与线性马达稳了

吴德周怒揭坚果R1细节 骁龙845与线性马达稳了

在坚果3发布会结束后,锤子科技老大罗永浩就马不停蹄地为将于5月15日发布的坚果R1宣传造势,无论是陈冠希代言,还是怼老冤家王自如,从未见罗永浩如此的活跃,他还扬言在坚果R1发布会结束后,会有不少的友商抄袭新机的创新之处,进一步拉高了人们对坚果R1的期待。可能是察觉到有些人认为那是罗永浩在吹牛,不靠谱,所以今天锤子科技的产品线&硬件研发副总裁&前华为荣耀产品领域部长吴德周发表长文,透露更多坚果R1的产品细节,增加罗永浩说话的可信度,打消少数人的疑虑。在长文中,吴德周说坚果R1确认搭载最新的高通骁龙845处理器,拥有更大的屏占比以及大幅提升的拍照性能,无线快充与线性马达等特性,坚果R1全部都有,在AI使用场景方面,坚果
发表于 2018-05-11
吴德周怒揭坚果R1细节 骁龙845与线性马达稳了

无处不在的日本电产马达

5月初,全球顶级车展--2018北京国际车展如火如荼,厂商云集,观众如潮。居占全球综合马达制造业霸主地位的日本电产(Nidec 尼得科)也现身展会,向中国观众一展其马达及机电产品在汽车领域的非凡成绩。展会期间,日本电产车载事业本部副部长早舩一弥博士接受了记者的采访,描述了日本电产从一家专精于制造精密小型马达的龙头企业成为全球首屈一指的综合机电产品制造商的腾飞历程。 日本电产车载事业本部副部长早舩一弥博士 始于陋室,终于第一1973年,28岁的现任董事长兼集团总裁永守重信怀揣“要成为世界第一”的雄心壮志,以2000万日元的注册资金在日本京都的一间陋室创立了日本电产株式会社,当时公司的业务以生产、销售精密小型AC
发表于 2018-05-10
无处不在的日本电产马达

三相马达驱动用的栅极驱动器DRV8305-Q1的主要特性

    TI公司的DRV8305-Q1是三相马达驱动用的栅极驱动器,提供三个半桥驱动器,每个能驱动高边和低边N沟MOSFET;电荷泵驱动器支持100%占空比。器件满足AEC-Q100标准,4.4-V 到45-V工作电压,栅极峰值电流1.25A和1A,工作温度–40℃到150℃,主要用在三相BLDC和PMSM马达,汽车油泵和水泵,风扇和鼓风电动机。本文介绍了DRV8305-Q1主要特性,功能框图,典型应用电路图以及DRV8305-Q1EVM汽车三相马达栅极驱动评估模块主要特性,框图,电路图和材料清单。  The DRV8305-Q1 device is a gate driver IC for
发表于 2018-04-29
三相马达驱动用的栅极驱动器DRV8305-Q1的主要特性

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved