在飛思卡爾DSC中實(shí)現矢量控制算法

　　摘要：本文重點(diǎn)介紹永磁電機的無(wú)傳感器器矢量控制及其在飛思卡爾DSC上的實(shí)現。

　　在目前的電器中，高級電機控制算法通?；谑噶靠刂萍夹g(shù)，如圖1所示。使用矢量控制算法，交流感應電機和PM同步電機的控制流程類(lèi)似于單獨使用的直流電機的控制。在特殊的參考坐標系中，定子電流可以分為由轉矩生成的電流和由磁場(chǎng)生成的電流。這些電流通過(guò)直流值表示，可以單獨進(jìn)行控制?！　?/p>

 　　矢量控制算法要求使用高速ADC測量三相電流。電流測量必須與PWM脈沖中心同步，以避免轉換噪聲，并得到一個(gè)有意義的平均電流值。通常情況下，兩相電流將同時(shí)進(jìn)行測量，第三相電流通過(guò)計算得出。因此，DSC能夠一次對兩個(gè)電流進(jìn)行采樣，與PWM保持同步。三相電流被轉換為循環(huán)的d/q坐標，其中可以單獨控制在目前的電器中，高級電機控制算法通?；谑噶靠刂萍夹g(shù)，如圖1所示。使用矢量控制算法，交流感應電機和PM同步電機的控制流程類(lèi)似于單獨使用的直流電機的控制。在特殊的參考坐標系中，定子電流可以分為由轉矩生成的電流和由磁場(chǎng)生成的電流。這些電流通過(guò)直流值表示，可以單獨進(jìn)行控制。

　　矢量控制算法要求使用高速ADC測量三相電流。電流測量必須與PWM脈沖中心同步，以避免轉換噪聲，并得到一個(gè)有意義的平均電流值。通常情況下，兩相電流將同時(shí)進(jìn)行測量，第三相電流通過(guò)計算得出。因此，DSC能夠一次對兩個(gè)電流進(jìn)行采樣，與PWM保持同步。三相電流被轉換為循環(huán)的d/q坐標，其中可以單獨控制轉矩生成的電流和磁通生成的電流?？刂葡到y包括兩個(gè)電流控制環(huán)路-一個(gè)用于轉矩(由q控制器表示)，另一個(gè)用于磁場(chǎng)-磁通(由d控制器表示)。根據這些控制器的結果，使用空間矢量調制技術(shù)計算出輸出電壓矢量，并生成對應的逆變器補充PWM信號。如果電機速度超出了額定值，則必須包括一種特殊算法，能夠支持在磁場(chǎng)削弱區域運行。即便如此，一些電機仍然具有強大的磁阻轉矩。為了使用這個(gè)磁阻轉矩并構建盡可能小(且便宜)的電機，開(kāi)發(fā)人員實(shí)施一種稱(chēng)為最大轉矩電流比控制(MTPA)的特殊算法，該算法可充分利用磁阻轉矩。MPTA還提高了效率。單獨和獨立控制由轉矩和磁通生成的電流將實(shí)現高度動(dòng)態(tài)的運行(可實(shí)現非常低的速度)和良好的控制。

　　要實(shí)現適當的功能，矢量控制算法需要提供位置和速度信息。在工業(yè)驅動(dòng)器中，該信息通常從機械位置/速度傳感器獲得，例如編碼器、解析器、SinCos甚至位置霍爾傳感器。對于目前的大多數電器驅動(dòng)器來(lái)說(shuō)，機械傳感器過(guò)于昂貴。在某些情況下，由于泵或壓縮機內的機械限制，甚至很難使用傳感器。因此，電機位置和速度必須通過(guò)先進(jìn)的無(wú)傳感器算法計算得出。對于永磁同步電機的無(wú)傳感器位置計算，最有用的算法是基于電機的反電勢(Back-EMF)數學(xué)模型的計算。反電勢數學(xué)模型需要相應的電機參數、外加電壓和電機電流。在運行時(shí)，DSC將解析方程組，運行數字濾波器和估算器，并計算正確運行矢量控制算法所需的位置和速度。由于該模型基于電機反電勢電壓，而這種電壓在速度為零時(shí)會(huì )消失，顯然，該方法在速度為零或低速情況下無(wú)法提供位置和速度信息。因此，該方法需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的啟動(dòng)算法-在通常情況下，是帶有某種轉矩和電流限制的開(kāi)環(huán)啟動(dòng)。

　　所有這些算法的計算都需要處理器提供較高的計算能力。要求最苛刻的是矢量控制算法的快速控制環(huán)路，其中包括相位電流重建、電流轉換成旋轉坐標計算、電流控制器、空間矢量調制以及帶有位置和速度估算器和過(guò)濾器的全反電勢觀(guān)測儀?？焖倏刂骗h(huán)路的計算必須與PWM頻率同步，通常在每個(gè)PWM脈沖上運行-對于8-16kHz PWM是63-125微秒的周期。

　　雙電機控制需要并行計算兩個(gè)矢量控制算法。通常情況下，這兩個(gè)電機共享一個(gè)逆變器直流總線(xiàn)電路。為了減少直流總線(xiàn)電容的電流應力，并實(shí)現最小的直流總線(xiàn)電壓紋波，這兩個(gè)電機的PWM脈沖每經(jīng)過(guò)半個(gè)PWM周期就互相進(jìn)行轉換。這種PWM轉換允許實(shí)現交替的ADC采樣，因此兩個(gè)ADC轉換器便足夠了。然后，每個(gè)電機的無(wú)傳感器矢量控制算法的快速環(huán)路計算也可以交替進(jìn)行。