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BLDC矢量控制方案_Chinese.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.95M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1马达控制
    2矢量控制的原理
    2.1方框图
    2.2反馈信息
    2.2.1电流测定
    2.2.2 位置检测
    2.3UVW /αβ变换（Clarke变换）
    2.4αβ/ dq 变换（Park变换）
    2.5PI 控制
    2.6转子位置估算
    2.7频率控制、电流控制
    2.8dq /αβ变换（逆Park变换）
    2.9αβ / UVW 变换
    2.9.12相调制的 U、V、W 波形 (Vd = 0 时)
    2.9.23 相调制的 U、V、W 波形 (Vd = 0 时)
    2.10弱磁控制
    3TMPM370马达控制内置电路
    3.1概要
    3.2电路规格
    3.2.1矢量引擎
    3.2.2A/D 转换器
    3.2.3PMD电路（马达控制电路）
    4用于矢量控制的外部电路
    4.1概述
    4.2马达控制电路
    4.3调试接口
    4.3.1概述
    4.3.2调试接口端口的设定
    TMPM370 应用手册 无传感器 BLDC 马达的矢量控制 【 暂定版 】 版本 0.4 2011/07/13 ----------------------------------------------------------------------------- - 1/46 -
    目录 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 1 马达控制.............................................................................................................................................................3 2 矢量控制的原理...................................................................................................................................................4 方框图.......................................................................................................................................................4 反馈信息....................................................................................................................................................4 2.2.1 电流测定................................................................................................................................................... 4 2.2.2 位置检测................................................................................................................................................... 7 UVW /αβ变换（Clarke 变换）......................................................................................................................8 αβ/ dq 变换（Park 变换）...........................................................................................................................9 PI 控制....................................................................................................................................................10 转子位置估算............................................................................................................................................11 频率控制、电流控制..................................................................................................................................12 dq /αβ变换（逆Park 变换）...................................................................................................................... 12 αβ / UVW 变换.........................................................................................................................................13 2.9.1 2 相调制的 U、V、W 波形 (Vd = 0 时).................................................................................................... 15 2.9.2 3 相调制的 U、V、W 波形 (Vd = 0 时)................................................................................................... 17 弱磁控制..................................................................................................................................................20 TMPM370 马达控制内置电路............................................................................................................................. 21 概要........................................................................................................................................................ 21 电路规格..................................................................................................................................................21 3.2.1 矢量引擎................................................................................................................................................. 22 3.2.2 A/D 转换器............................................................................................................................................. 29 3.2.3 PMD 电路（马达控制电路）..................................................................................................................... 34 4 用于矢量控制的外部电路....................................................................................................................................43 概述........................................................................................................................................................ 43 马达控制电路........................................................................................................................................... 43 调试接口..................................................................................................................................................45 4.3.1 概述........................................................................................................................................................45 4.3.2 调试接口端口的设定................................................................................................................................. 45 4.1 4.2 4.3 3 2.10 3.1 3.2 ----------------------------------------------------------------------------- - 2/46 -
    1 马达控制 马达控制执行流程如图 1-1 所示。 图 1-1:马达控制阶段的状态迁移 马达控制具有图１所示的 5 个控制阶段。要启动马达使其稳定运转，需要依次进行各阶段操作。 即停止（Stop）阶段、定位（Initposition、也称作直流励磁）阶段、强制运转(Force)阶段、强制→稳 定转换(Change_up)阶段、稳定(Steady_A)阶段。各个阶段的处理，需要实施与该阶段相对应的控制。 停止（Stop）阶段时，马达停止。 定位（Initposition、也称作直流励磁）阶段时，电流流经马达线圈使铁芯处产生磁通量，将转子的位 置固定于 0 点附近。位置确定完成后，进入下一阶段。 强制运转 (Force)阶段时，转子开始旋转。该阶段并非进行矢量控制反馈处理，而是强制地加入旋转 磁场、转子追随该旋转磁场进行旋转。角速度指令值达到最低频率时，进入下一阶段。 強制→稳定的切换(Change_up)阶段时，马达进行从强制运转切换至稳定状态的处理。使马达配合转 子的位置进行转动（原本马达旋转与转子位置无关）。强制到稳定切换完成后，进入下一阶段。 稳定(Steady_A)阶段时，按照转子位置和马达目标旋转速度进行驱动。 ----------------------------------------------------------------------------- - 3/46 -
    2 矢量控制的原理 无传感器 BLDC 马达的矢量控制方框图与各方框处的处理如下。 2.1 方框图 图 2-1 控制方框图 2.2 反馈信息 通过转子位置，相电流，电源电压等进行矢量控制反馈。 2.2.1 电流测定 检验马达电流的方法有，使用电流传感器的方法以及串联插入分流电阻测量反电势的方法。这里，就 使用分流电阻的方法进行以下说明。 ----------------------------------------------------------------------------- - 4/46 -
    2.2.1.1 3 电阻方式 图 2-2 3 电阻方式的驱动电路 马达电流 IU、IV、IW 可以根据流经连接在下相的功率器件 x、y、z 上的分流电阻 Rx、Ry、Rz 的电 流 Ix、Iy、Iz 计算出来。比如、上相 u 与下相 y、z 处于 on 时，IV = -Iy、IW = -Iz、IU = -IV - IW 。运 算方法根据磁场的方向θs 的不同而不同。 扇区 1 (θs = 0～60): 电流方向 U -> V、W 和 U、V -> W。(100) 和 (110) IV = -Iy、IW = -Iz、IU = -IV - IW 扇区 2 (θs = 60～120): 电流方向 U、V -> W 和 V -> W、U。(110) 和 (010) IW = -Iz、IU = -Ix、IV = -IW - IU 扇区 3 (θs = 120～180): 电流方向 V -> W、U 和 V、W -> U。(010) 和 (011) IW = -Iz、IU = -Ix、IV = -IW - IU 扇区 4 (θs = 180～240): 电流方向 V、W -> U 和 W -> U、V。(011) 和 (001) IU = -Ix、IV = -Iy、IW = -IU - IV 扇区 5 (θs = 240～300): 电流方向 W -> U、V 和 W、U -> V。(001) 和 (101) IU = -Ix、IV = -Iy、IW = -IU - IV 扇区 6 (θs = 300～360): 电流方向 W、U -> V 和 U -> V、W。(101) 和 (110) IV = -Iy、IW = -Iz、IU = -IV – IW ----------------------------------------------------------------------------- - 5/46 -
    2.2.1.2 单电阻方式 图 2-3 单电阻方式的驱动电路 马达电流 IU、IV、IW 可以根据流经连接在下相的功率器件 x、y、z 上的分流电阻的电流 I 计算出来。 例如、上相 u 与下相 y、z 处于 on 时、IU = -IV –IW = I 。运算方法根据磁场的方向θs 的不同而不同。 扇区 1 (θs = 0～60): 电流 u,y,z on 期间 IU = -IV -IW = I 扇区 2 (θs = 60～120): 电流 u,v,z on 期间 IW = -I u,v,z on 期间 IW = -I x,v,z on 期间 IV = -IU -IW = I 扇区 3 (θs = 120～180): 电流 x,v,z on 期间 IV = -IU –IZ = I 扇区 4 (θs = 180～240): 电流 x,v,w on 期间 IU = -I x,v,w on 期间 IU = -I x,y,w on 期间 IW = -IU -IV = I 扇区 5 (θs = 240～300): 电流 x,y,w on 期间 IW = -IU -IV = I 扇区 6 (θs = 300～360): 电流 u,y,w on 期间 IV = -I u,y,w on 期间 IV = -I u,y,z on 期间 IU = -IV -IW = I ----------------------------------------------------------------------------- - 6/46 -
    2.2.2 位置检测 使用矢量控制检测转子位置需要用到位置传感器。不过、家电产品一般无法使用价格高的传感器，而 是使用通过运算推测位置的无位置传感器控制，或使用 HALL IC（霍尔集成电路）。 位置传感器上会用到旋转变压器、增量编码器。这里就增量编码器进行一下说明。 增量编码器安装在马达转子轴上，增量编码器进行旋转，输出相位偏离 90 度的 A 相与 B 相 的 2 相 信号，以及表示基准位置的 Z 相信号。（图 2-4 上）马达每旋转 1 周，2 相信号输出规定数目的脉冲（比 如，旋转一周输出 1024 脉冲）、马达每旋转 1 周，Z 相信号输出一次。微处理器通过从基准位置开始对脉 冲数进行计数来检测转子位置。（图 2-4 下） 图 2-4 增量编码器 ----------------------------------------------------------------------------- - 7/46 -
    2.3 UVW /αβ变换（Clarke 变换） 图 2-5 UVW → αβ变换 向 3 相线圈 U、V、W 分别加入电流 IU、IV、IW 产生磁场，也可向 2 相线圈α、β加入电流 Iα、Iβ 获取相同磁场，此时 Iα、Iβ可以根据以下公式算出。不过、U 与α需保持同方向。 Iα = 2/3 × (cos0 × IU + cos120 × IV + cos240 × IW) Iβ = 2/3 × (sin0 × IU + sin120 × IV + sin240 × IW) Iα = 2/3 × (IU - 1/2 × IV - 1/2 × IW) Iβ = 2/3 × (√3/2 × IV - √3/2 × IW) 【使用定点数的整数计算公式】 Iα = (0x55555556 × IU - 0×2AAAAAAB × IV - 0×2AAAAAAB × IW) ／ 2^31 Iβ = (0×49E69D16 × IV - 0×49E69D16 × IW) ／ 2^31 变量名 IU IV IW Iα Iβ 功能 U 相电流 V 相电流 V 相电流 α轴电流 β轴电流 32 位定点数据(-1.0～1.0、小数点以下 31 位) 32 位定点数据(-1.0～1.0、小数点以下 31 位) 32 位定点数据(-1.0～1.0、小数点以下 31 位) 32 位定点数据(-1.0～1.0、小数点以下 31 位) 32 位定点数据(-1.0～1.0、小数点以下 31 位) ----------------------------------------------------------------------------- - 8/46 -
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