AC7811-FOC无感控制代码详解

只看该作者 · 2023-9-30 11:02

矢量控制原理
矢量控制框图
PMSM 的矢量控制也称为磁场定向控制（Field Oriented Control，FOC）。在 FOC 中，电机的定子电流被分解为用于产生磁场的直流电流（励磁电流）与用于控制转矩的交轴电流（转矩电流），通过对转速和电流的双环控制实现电机的高性能运行。

PMSM 矢量控制算法中，除角度变量为 Q16（0~65535）格式外，其余算法中控制参数均为 Q15（-32768~32767）格式。

可以说矢量控制的前提就在三相电流的采样上，采样之后经过Clarke和Park变换，变成便于控制的D、Q轴坐标系。

所以三相电流采样是矢量控制的核心!

只看该作者 · 2023-9-30 11:03

电流采样方式
电流在整个控制过程中的传递

采样关键点
采样的关键是需要在三相逆变器高端关闭，低端打开的情况下进行采样，这是整体的采样点。

因此，采样会存在窗口时间，因为ADC转换完成需要一定数量级的时间，也就是说，在ADC转换完成之前，桥低端是不能关闭的，在这里，双电阻和单电阻采样需要考虑窗口时间的限制，而三电阻采样则不存在窗口时间（PWM占空比接近100%），可以根据SVPWM当前所在象限，进行分类，只需要采集其中不受窗口时间限制的两相电流，然后根据 Ia+Ib+Ic=0，进行电流的重构。

所以，电流采样的核心在：硬件电路的设计与采样时机的把握。

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三电阻
在三个桥臂的下臂MOS管基极串分流器再用运放放大。

这种方法主要是为了节省隔离器件成本。并且需要在固定时刻采样的值才有效。

只看该作者 · 2023-9-30 11:03

什么时候采样合适？

如下图所示，在不同扇区需要采样的相电流，共同点是避免去采样PWM占空比接近100%的那一相电流。

只看该作者 · 2023-9-30 11:03

怎么采样？

ST的电机库的做法，通过TIMER_CH4作为ADC采样的触发信号，而采样则可以通过修改TIM_CCR4寄存器去改变采样点，相当灵活的做法。

只看该作者 · 2023-9-30 11:04

双电阻
三电阻可减小至两个 (母线电流检测不可少)，缺少的一相由计算得出。

只看该作者 · 2023-9-30 11:04

根据基尔霍夫电流定律，Ic=-Ia-Ib。

怎么采样？

双电阻采样无法避免窗口时间，所以需要限制最终PWM的占空比，为ADC转换预留足够的时间

只看该作者 · 2023-9-30 11:05

单电阻
为进一步节省成本发展出直接在母线电阻上检测三相电流的方法。

这种方法需要分时采样，不同时刻的电流代表不同相的电流。

只看该作者 · 2023-9-30 11:05

为了便于理解整个采样的过程，为了表示逆变器的开关管的状态，

Sa表示A相的上下管，同理Sb表示B相的上下管；

这里规定：

Sa = 1表示上管导通，下管断开；
Sa = 0表示下管导通，上管断开；

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Sb和Sc以此类推；

Sa Sb Sc：100

只看该作者 · 2023-9-30 11:05

Sa Sb Sc：110

只看该作者 · 2023-9-30 11:06

SVPWM不同扇区做成对应表格就是：

只看该作者 · 2023-9-30 11:06

因此，单电阻采样，需要在一个PWM周期内进行两次采样，具体如下图所示：

只看该作者 · 2023-9-30 11:06

图中的SAL，SBL，SCL分别对应整流桥的下管，因此在一个周期内分别进行了Sample 1和Sample 2这两次采样，对照上表可以推出；

Sample 1：采集了开关管状态为SAL SBL SCL：101==>SAH SBH SCH：010，此时采样电流为 IB；
Sample 2：采集了开关管状态为SAL SBL SCL：100==>SAH SBH SCH：011，此时采样电流为 −IA；

只看该作者 · 2023-9-30 11:06

搞懂原理了，那么什么时候去采？

只看该作者 · 2023-9-30 11:07

三者对比

只看该作者 · 2023-9-30 11:07

坐标变换
Clark变换：把ADC采集到的三相定子电流从三轴（相差120°）定子坐标系转化成两轴（相差90°）定子坐标系。

只看该作者 · 2023-9-30 11:07

Park变换：把Iα与Iβ从两轴（相差90°）定子坐标系转化成两轴转子旋转坐标系（相对于转自来说是静止的）。

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电流变化：

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dq轴电流的PI控制
P就是比例，误差信号err*比例因子Kp，但P的影响会随着误差err逐渐接近于0而减小，导致系统始终存在一个微小的静态误差。

I（积分）就是用来消除静态误差的，I对静态误差进行连续的积分。随着时间的推移，静态误差不断的累积变大，再将这个累积误差*Ki，作为I的输出。

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