新书:无感FOC入门指南
本书着眼于实践入门,通过遍历项目开发从0到1的过程,带领读者快速理解、快速实现无感FOC(field oriented control,磁场定向控制),以较短的时间、较低的代价初步掌握无感FOC的基本原理和运行特性,最终实现10000r/min以上的高速驱动。
全书共5章,主要内容包括无感FOC概述、开发环境准备、无感FOC算法原理和编程实践等。行文尽可能秉持工程师口吻,少堆砌复杂的数学公式,多举例子、摆事实,以降低初学者入门难度。
本书作者阳波,是电机驱动领域的知名爱好者。本书由科学出版社出版。
前 言
阅读本书时,笔者希望读者怀着读历险记的心态,保持窃读的好奇,感悟技术。也可以从自己感兴趣的地方开始读,等到读得有感觉了,对无感FOC 控制有所理解了再加以实践,在反复实践的过程中自然会有更深的理解。整个的控制流程务必能够用白纸自行画出,所有的波形都要了然于心,不同的电机、不同的负载特性、不同的应用场合都要多多见识。技术经验是需要时间积累的,无法取巧。到了最后,就是工程师凭借丰富的解决问题的经验和积累的知识、技能快速对项目有个深度的认知,能够因应具体的问题给出最合适的工程解决方案,以量产的形式实现商业目的——这是优秀工程师的核心竞争力。
本书的目标是带领读者使用英飞凌XMC4100 单片机,以硬件浮点计算的方式实现高速无感FOC 驱动,基于Ed = 0(d 轴反电动势为0)的锁相环控制,最终让7 对极、KV 值为1000 的新西达航模无刷电机在12V 电源电压下达到10000r/min 以上的转速——这比那些芯片厂商提供的应用笔记支持的转速高得多。
对初学者而言,仅靠读代码是吃不透电机控制算法的,最好在电机运行时观察各种变量波形来加深认识。在这方面,有必要准备一套经过验证的驱动器硬件。为此,笔者专门设计了一款电机控制板,并免费提供PCB Gerber文件,读者可以自行打样,然后购买元器件、焊接。焊接是门技术活,万不可轻视!为了方便读者熟悉电路,PCB 布局特意做了功能分区。所有关键测试点都已引出,插上示波器探头就能观测波形。这款控制板具备单电阻、双电阻、三电阻的低边采样功能,同时配备了SPI 引脚,可以使用磁编码器实现微型交流伺服控制。单片机引脚没有全部使用,一方面是为了兼容英飞凌XMC1300 系列M0 单片机,以便将来使用整数运算实现更多的控制算法,这是提高性价比的有效手段;另一方面是为了简化电路,只专注实现基本功能,不搞复杂功能堆积,用心一处,其效百倍。掌握了核心,自然可以灵活变化。
尽管在一年前就接受科学出版社喻永光先生的邀约,计划写作一本无感FOC 入门书,无奈笔者苦拖久矣,时至今日才草草完笔,自知理亏。感谢他的支持、鼓励、包容和理解。
值此之际,笔者终于有机会感谢那些提点、襄助过自己的良师益友。
深圳万威电子的邬文俊先生给了我在深圳工作的第一次机会,他的关照和指点,犹在耳畔。
深圳德昌电机APG 的王晓明博导为笔者的技术生涯打开了新的大门,昔日种种,感念在心。笔者至今仍怀念在德昌电机和同事们奋斗的日子,友谊长存!
深圳英浩科技的林思和先生,许多年来从不附带任何量产条件地无偿提供英飞凌产品样片和技术支持,是笔者研发工作的强有力支撑。
最后,笔者要向自己的爱人致以深深的感激和歉意,没有她的支持、理解和忍耐,笔者是不可能一直坚持技术开发工作的。
诚然,笔者的经验和水平有限,加之时间仓促,若有错误和不妥之处,还恳请广大读者批评指正。
阳 波,2023年1月1日
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