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1、1258C FOC 无传感器无传感器PMSM 马达马达FOC控制算法详解控制算法详解 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 2 课程目标课程目标 通过本课程学习，您将：通过本课程学习，您将： 了解一些目前最新的电机控制设计解 决方案 了解一种新的永磁同步电机（PMSM） 无传感器磁场定向控制（FOC）算法 了解如何查找更多关于该算法的信息 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlid
2、e 3 课程安排课程安排 ?PMSM概述概述 ?PMSM的的FOC控制控制 ?无传感器技术无传感器技术 ?DMCI介绍介绍一种有用的工具一种有用的工具 ?演示演示1：整定：整定PI参数参数 ?演示演示2：整定无传感器控制参数：整定无传感器控制参数 ?回顾，答疑（回顾，答疑（Q&A） 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 4 课程安排课程安排 ?PMSM概述概述 PMSM应用 PMSM与BLDC的比较 PMSM结构 PMSM特性 PMSM操作 2008 Microchip Techno
3、logy Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 5 PMSM应用应用 ?高效率和高可靠性高效率和高可靠性 ?设计用于高性能伺服应用设计用于高性能伺服应用 ?可实现有可实现有/无位置编码器的运行方式无位置编码器的运行方式 ?比比ACIM体积更小、效率更高、重量更轻体积更小、效率更高、重量更轻 ?采用采用FOC控制可实现最优的转矩输出控制可实现最优的转矩输出 ?平滑的低速和高速运行性能平滑的低速和高速运行性能 ?较低的噪声和较低的噪声和EMI 2008 Microchip Technology Incorporated. All Righ
4、ts Reserved. 1258 FOCSlide 6 PMSM 应用应用 ?空调机和冰箱（空调机和冰箱（AC）压缩机）压缩机 ?直接驱动洗衣机直接驱动洗衣机 ?高精度机床工具高精度机床工具 ?汽车电动转向汽车电动转向 ?牵引控制牵引控制 ?数据储存数据储存 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 7 PMSM与与BLDC的比较的比较 ?从其发展历史来看，两种电机发源 于不同的领域 从其发展历史来看，两种电机发源 于不同的领域 ?转矩产生的机理相同转矩产生的机理相同 ?BLDC是是P
5、M BDC的一个派生词的一个派生词 ?PMSM表示一个励磁磁场由表示一个励磁磁场由PM提供 的 提供 的AC同步电机同步电机 ?控制方法不同（六步控制与控制方法不同（六步控制与FOC) 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 8 PMSM结构结构 径向径向 转子 定子 转子 定子 轴向轴向 转子 定子 转子 定子 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 9 PMSM结构结构 2
6、008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 10 PMSM结构结构 ?PMSM具有与具有与BLDC类似的结构， 但是， 类似的结构， 但是，PMSM反电势信号为正弦 的，而 反电势信号为正弦 的，而BLDC PMSM梯形波梯形波 ?数学模型不同数学模型不同 ?PMSM采用正弦电流驱动采用正弦电流驱动 ?与三相与三相ACIM类似，但气隙磁通由转 子上安装的磁钢产生 类似，但气隙磁通由转 子上安装的磁钢产生 2008 Microchip Technology Incorporated. All
7、Rights Reserved. 1258 FOCSlide 11 BLDC PMSM特性特性 PMSM 定子磁链定子磁链 反电势反电势 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 12 PMSM特性特性 ?波形形状主要受到定子设计的影响波形形状主要受到定子设计的影响 ?每相每极槽数是一个关键参数每相每极槽数是一个关键参数 ?分数槽、绕组和磁极电机可实现波形设计分数槽、绕组和磁极电机可实现波形设计 ?制造容差决定波形的质量制造容差决定波形的质量 eb t 2008 Microchip Te
8、chnology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 13 PMSM特性特性 ?具有正弦反电势波形的无刷电机具有正弦反电势波形的无刷电机 ?同步同步AC电机电机 ?BLAC ?PMSM eaebec t v PMSM的反电势波形的反电势波形 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 14 PMSM特性特性 ?理想的反电势不含有谐波理想的反电势不含有谐波 ?使得音频噪声减少使得音频噪声减少 ?更高的效率更高的效率减少了寄生能量，
9、 这种能量可激发机械部件、导致其 处于不可控的状态 减少了寄生能量， 这种能量可激发机械部件、导致其 处于不可控的状态 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 15 PMSM特性特性 转矩转矩 转速转速 0 连续运行连续运行 短时运行短时运行 VSI 电压曲线电压曲线 去磁限制去磁限制 VSI电流限制电流限制 r T0 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 16 PMSM运行
10、运行 s ss iT Tei = e 电机电机 R L v i PMSM电气模型电气模型 ?瞬时功率瞬时功率 转矩 x 转速 = 反电势 x 相电流 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 17 PMSM运行运行 转矩产生转矩产生 考虑到考虑到F的方向，的方向，T=Fr sin 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 18 定子磁场定子磁场 转子磁场转子磁场 PMSM运行运行
11、S N S N N S NS S N 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 19 PMSM运行运行 ?定子磁场可分解为与转子磁场平行 和正交两个分量 定子磁场可分解为与转子磁场平行 和正交两个分量 ?只有正交（交轴）磁场分量产生转 矩 只有正交（交轴）磁场分量产生转 矩 ?平行（直轴）磁场分量产生作用于 轴承的压力 平行（直轴）磁场分量产生作用于 轴承的压力 ?相电流产生定子磁场且可被测量相电流产生定子磁场且可被测量 2008 Microchip Technology Incorpo
12、rated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 20 BEMF（V） 电流（I） 转矩转矩 T = Fs*Rs*sin S N N S S N N S N S 未采用未采用FOC PMSM运行运行 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 21 PMSM运行运行 BEMF（V） 电流（I） 采用采用FOC 转矩转矩 T = Fs*Rs*sin S N N S 90 S N N S N S 2008 Microchip Technology Incorp
13、orated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 22 PMSM运行运行 90 0 - 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 23 PMSM使用使用FOC控制控制 ?保持电流超前 于转子位置 保持电流超前 于转子位置90 ?需要一直获取连 续的转子位置信 息 需要一直获取连 续的转子位置信 息 ?更好的转矩性能更好的转矩性能 ?无转矩脉动无转矩脉动 S N N S 90 S N N S N S 2008 Microchip Technology I
14、ncorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 24 课程安排课程安排 ?PMSM概述概述 ?PMSM的的FOC控制控制 ?无传感器技术无传感器技术 ?DMCI介绍介绍一种有用的工具一种有用的工具 ?演示演示1：整定：整定PI参数参数 ?演示演示2：整定无传感器控制参数：整定无传感器控制参数 ?回顾，答疑（回顾，答疑（Q&A） 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 25 内容安排内容安排 ?PMSM的的FOC控制控制 FOC概述 信号处
15、理 PMSM的FOC控制 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 26 FOC概述概述 ?采用正弦激励，并使所施加电流空 间矢量与转子位置保持一定关系 采用正弦激励，并使所施加电流空 间矢量与转子位置保持一定关系 ?定子电流和转子（磁钢）磁通相互 作用产生转矩，从而使转子转动 定子电流和转子（磁钢）磁通相互 作用产生转矩，从而使转子转动 ?需要采用电子控制实现电流矢量超 前于转子位置 需要采用电子控制实现电流矢量超 前于转子位置90度，以实现最优转 矩输出 度，以实现最优转 矩输出 ?
16、T 电流空间矢量电流空间矢量 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 27 FOC概述概述 ?提升动态响应提升动态响应 ?减少转矩脉动减少转矩脉动 ?可扩展转速范围可扩展转速范围 ?低噪声和低噪声和EMI 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOCSlide 28 信号处理信号处理 a b c d q 3-轴定子坐标系轴定子坐标系2-轴定子坐标系轴定子坐标系 2-轴旋转坐标系轴旋转坐标系 矢量坐标系矢
