數字馬達控制系統的量化誤差分析與設計

要比較三種數據格式對數值精度的影響，需要監控估算的速度響應與相應的 d 及 q 軸參考電流。將所有的 PI 增益、參數、基本量在全部三種數據格式的仿真過(guò)程中設定為相同的有效值。從圖3可以看出，16 位定點(diǎn)版本與浮點(diǎn)版本的性能具有極大的差別。

從圖3中數值性能的比較可以看出，16 位定點(diǎn)系統有若干個(gè)偽瞬態(tài) (false transient) 與振鈴，而 32 位系統則沒(méi)有這些現象。32 位單精度浮點(diǎn)與 32 位定點(diǎn)的結果非常相近。

在現實(shí)系統中，這些瞬態(tài)現象會(huì )產(chǎn)生可聽(tīng)到的噪聲及振動(dòng)，從而引起許多不良后果。尤其不利的是在第一個(gè)速度級別出現的估測速度振蕩瞬態(tài)的衰減以及隨后的增長(cháng)，圖3中顯示，此次的觀(guān)察值十分接近 16 位系統的邊緣值。另一方面，具有控制響應的 32 位定點(diǎn)仿真系統的性能良好。

圖4 馬達控制系統的實(shí)現

圖5 標準 PWM 方案圖，以及高分辨率 PWM 與傳統 PWM 的示波器圖比較

溢出現象一般會(huì )發(fā)生在通過(guò)控制算法進(jìn)行一系列的加、減法運算時(shí)。通過(guò)縮放算法來(lái)降低實(shí)際工作中的溢出可能性通?？蛇_到調整溢出的目的?？墒褂妙~外的邊緣標簽保護位 (margins labeled guard bit) 來(lái)完成?？刂扑惴ㄒ话阍跇嗣聪到y (per-unit system) 中進(jìn)行標準化，以便按比例縮放所有物理變量(電壓、電流、扭矩、速度及磁通量等)。使用合適的縮放比例可消除溢出這一量化誤差源。造成量化誤差的數值計算范例包括乘、除法運算以及三角、指數、平方根等查表數學(xué)函數。