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单电阻FOC算法实现永磁同步电机的调整步骤和设置

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本文档介绍了使用 单电阻FOC 算法实现永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)调整所需的步骤和设置。由于不同电机存在参数差异,因此需针对不同的电机和负载对该算法进行调整。该电机库已经在在落地扇和空净等风机应用上测试验证。

1、低压12VDC,24VDC开发板如图:



电动驱动开发板


2、调试方法及工具

2.1调试工具

  通用工具:电源(直流电源、交流隔离电源)。

  测试工具:万用表、数字电桥、示波器、电流探头。

  仿真工具:JLink PRO。

  软件工具:J-Scope。

3、调试步骤






3.1硬件测试

  1). 母线电压测量

  2). MCU供电电压测量

  3). 驱动芯片供电电压12V测量

  4). PWM例程输出测试PWM输出信号是否正常

  5). 测试运放、ADC采样口电压是否正常

3.1.1芯片电源电压

1). 芯片电电源电压:万用表测试电源5V对GND是否正常。

2). 并用示波器观测电源的纹波是否符合标准。

3.1.2运放端电压

1). 万用表测试运放端电压是否为ADC参考电压的1/2;

2).观察程序电流基准部分的值是否为2048(MCU的AD为12位,满量程是4096,代表AD参考电压的电压值)附近。

3.1.3UVW三相输出

1).为验证MCU输出和功率器件,需测试U、V、W三相输出是否正常。

2).不接电机,让程序输出固定占空比。

3).如若没有输出,可能原因:HVIC或MOS异常、芯片异常。

3.1.4电压基准

FOC的SVPWM模块中需采集母线电压进行计算,在高低压应用中,因电源电压与MCU的ADC最大采样电压不等,需根据实际情况将母线电压用分压方式来处理。

3.1.5电流基准

根据硬件板上的采样电阻Rsample,运放放大倍数Amp,MCU的ADC参考电压Vs,可计算电流基准、最大采样电流、最小采样电流。一般设计电机运行最大电流在1/2的最大采样电流左右。

在调节过程中,电机的电流不能超过最大采样电流,也不能小于最小采样电流。若出现超出情况,需根据实际情况重新配置采样电阻和运放放大倍数。

3.2电机参数测量

3.2.1电机极对数MT_Pole_Pairs

电机的极对数可从电机规范表中获取。也可通过以恒定的转速驱动电机(例如使用另一台电机拖动)并测量反电动势的频率获得,也可以通过快速的将转子转动一周,观察示波器上出现线电压峰值出现的次数即为电机的极数。使用测量得到的频率值,经过公式 1-1 的计算即可得出极对数。


3.2.2相电阻和相电感

电机的相电阻和相电感的测量方法如下:

     • 相电阻 —— 用万用表测量永磁同步电机两相绕组间的直流电阻值。将测得的电阻值代入下列公式:MT_Phase_R = 电阻测量值/2

     • 相电感 —— 使用 LCR 表测量永磁同步电机 10 kHz 时两相绕组间的电感。将所测得的电感值代入下面的公式:MT_Phase_L = 电感测量值/2

3.3配置电机硬件板参数

驱动板硬件配置在Related_Parameter_Config.h中。硬件设计时,我们建议参考我们的DEMO板或参考设计配置电机驱动使用的PWM、AD等资源。如设计时有所改动,需按以下指引重新配置。

3.3.1

1) PWM配置

MCU的各个引脚功能是复用的,需要进行配置才能进行使用。上图中就是对驱动电路中的三路PWM进行配置,需要按电路设计图一一对应,并按照MCU的软件库定义进行相应配置。
开或关闭芯片的内部运放,根据电路设计进行配置。


2) AD配置




电流采样参数

硬件参数:OPA_I_R1、 OPA_I_R2 以及 VDD  都位于 Related_Parameter_Config.h

文件中,其中OPA_I_RS表示电流检测电阻,VDD表示AD转换的参考电压。该文件中的参数根据硬件设计不同而有所变化。




运 算 放 大 器 用 来 放 大 电 流 检 测 信 号。用 户 应 根 据 硬 件 设 定 放 大 器 增 益 值,为Related_Parameter_Config.h文件中的OPA_Gain值,增益=内部运放选定增益10K/R22=10。



3)  母线电压分压参数

#define Divid_Resist_R1 10                  

#define Divid_Resist_R2 100

3.3.2调速接口

PWM调速

3.4电机性能参数配置

3.4.1

1) 开关频率配置

如下设定PWM频率为16KHZ,死区时间设定50个时钟周期,PWM





3.4.2电机基本参数设置

电机参数:

MT_Phase_L

MT_Phase_RMT_Pole_Pairs

MT_Volt_Rated和MT_Power_Rated、

MT_Spd_Max

都位于Related_Parameter_Config.h文件中。

电机参数依赖于电机的规范,当测试不同的电机时,应当更新电机参数值。电机参数的设置如下所示。




3.4.3启动参数设置



3.4.4电机基本参数设置

最高转速Set_SpeedMax为规格要求达到的转速,实际设定的最高转速可以比要求高;

最低转速Set_SpeedMin:调速需要的最低转速,风扇的要求一般在100-200RPM之间。

3.4.4

1) 初始位置检测

预定位在Related_Parameter_Config.h文件:



3.5驱动器性能参数配置调试

3.5.1

1)  位置环调试








2) 电流环调试

电流环PI参数调节



3.6性能参数测试优化




4申明

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