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1、 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 1页 C10L17 FOC 高级电机控制 高级电机控制 采用采用dsPIC DSC实现实现 永磁同步电机 永磁同步电机 PMSM 的 的 无传感器磁场定向控制无传感器磁场定向控制 FOC 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 2页 课程目标课程目标 学习完本课程后 您将能够 学习完本课程后 您将能够 说明PMSM和BLDC电机的区别 以及 PMSM 构造的一些特点 使用Microchip的电机控制硬件工具 并
2、能 够轻松地运行和调节复杂的算法 使用数据监视器和控制接口工具进行实时 调试 说明无传感器磁场定向控制 FOC 的组 件和位置估算器 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 3页 课程安排课程安排 PMSM概述概述 演示演示 PMSM的的FOC 演示演示 无传感器技术无传感器技术 演示演示 课程总结和问答课程总结和问答 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 4页 演示演示 演示阶段 演示阶段 演示演示1 运行无传感器演示 演示演示2 使用DMCI使能
3、图形功能 演示演示3 调节PI参数 演示演示4 调节无传感器参数 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 5页 课程安排课程安排 PMSM概述概述 PMSM应用 PMSM和BLDC的对比 PMSM的特性和工作原理 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 6页 PMSM应用应用 空调压缩机空调压缩机 要求高起动转矩 高效 直接驱动洗衣机直接驱动洗衣机 洗涤阶段要求低速满足全转矩 甩干阶段需要扩展的速度范围 低音频噪声 精密加工工具精密加工工具 要求减少转
4、矩波动 汽车电动助力转向汽车电动助力转向 低速时的平滑控制 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 7页 PMSM和和BLDC的对比的对比 PMSM产生的BEMF波形呈正弦 而 BLDC产生的呈梯形波 BLDC更易于控制 采用6步控制法 由于采用正弦驱动 PMSM的噪声 更低 可采用磁场定向控制 FOC 驱动 PMSM以提高效率 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 8页 BLDC PMSM的特性的特性 PMSM 定子磁链定子磁链 BEMF 1 2
5、3 d 1 d d 3 d d 2 d 1 2 3 d 1 d d 3 d d 2 d 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 9页 PMSM的特性的特性 具有正弦具有正弦BEMF的无刷电机的无刷电机 同步交流电机同步交流电机 BLAC PMSM eaebec t PMSM的的BEMF波形波形 v 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 10页 PMSM的特性的特性 理想化的理想化的BEMF 不包含谐波成份不包含谐波成份 可降低音频噪声可降低音频噪声
6、更高效更高效 减少了不产生转矩的电减少了不产生转矩的电 流成份流成份 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 11页 PMSM的特性的特性 恒定恒定 转矩转矩 区域区域 速度速度 0 额定速度额定速度 基本转矩基本转矩 恒定功率区域恒定功率区域 最大速度最大速度 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 12页 PMSM的工作原理的工作原理 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 速度
7、 BEMF x 相电流 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 13页 PMSM的工作原理的工作原理 转矩产生转矩产生 公式公式 T Fr sin 中需考虑到中需考虑到F的方向的方向 d q q 交轴交轴 d 直轴直轴 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 14页 定子磁场定子磁场 转子磁场转子磁场 PMSM的工作原理的工作原理 S N S N N S S N 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C
8、10L17 FOC第 15页 PMSM的工作原理的工作原理 定子磁场可以被分解为与转子磁场平行 和垂直的两部分 只有垂直 交轴 磁场会产生转矩 平行 直轴 磁场产生的力向转轴施力 相电流产生定子磁场 该磁场可测量 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 16页 BEMF V 电流 I 转矩转矩 T Fs Rs sin S N N S S N N S N S 不采用不采用FOC PMSM的工作原理的工作原理 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 17页
9、 PMSM的工作原理的工作原理 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 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 18页 PMSM的工作原理的工作原理 90 BEMF b c a 位置 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 19页 采用采用FOC的的PMSM 保持负载超前转子保持负载超前转子 位置位置90 自始自终了解转子自始自终了解转子 位置位置 产生更佳的转矩产生更佳的
10、转矩 无转矩波动无转矩波动 S N N S 90 S N N S N S 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 20页 课程安排课程安排 PMSM概述概述 演示演示 PMSM的的FOC 演示演示 无传感器技术无传感器技术 演示演示 课程总结和问答课程总结和问答 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 21页 用于演示的硬件用于演示的硬件 dsPICDEM MCLV 开发板开发板 2009 Microchip Technology Incorporat
11、ed 版权所有 C10L17 FOC第 22页 演示演示1 运行无传感器演示运行无传感器演示 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 23页 演示演示1的目标的目标 了解您面前的硬件了解您面前的硬件 如何加载演示项目如何加载演示项目 对对 dsPIC DSC器件编程器件编程 运行运行dsPIC DSC上的程序上的程序 比较梯形波控制和正弦波控制的音频噪比较梯形波控制和正弦波控制的音频噪 声声 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 24页 您需要您需要
12、 1 安装安装MPLAB IDE v8 10或更高版本或更高版本 2 C30 C编译器编译器 3 完成完成MPLAB ICD 2的设置的设置 4 dsPICDEM MCLV 开发板开发板 5 dsPIC33FJ32MC204 PIM 6 开发板供电用开发板供电用24V电源电源 7 Hurst NTDynamo BLDC电机电机 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 25页 演示演示1 我们将要执行以下操作 我们将要执行以下操作 配置电路板硬件连接 在MPLAB IDE中打开一个工作区 在MPLAB IDE 中编译 Com
13、pile或Build 一个最简单的项目 使用MPLAB ICD 2 按步对dsPIC DSC编 程 使用MPLAB ICD 2按步运行程序 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 26页 演示演示1的结果的结果 按照演示1编程和运行软件 针对每个演示均使用已创建的工作 区 电机应持续运转 无霍尔传感器 较梯形波 采用FOC或正弦波驱动 时 电机运行更安静 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 27页 课程安排课程安排 PMSM概述概述 演示演示 PM
14、SM的的FOC 演示演示 无传感器技术无传感器技术 演示演示 课程总结和问答课程总结和问答 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 28页 课程安排课程安排 PMSM的的FOC 磁场定向控制 磁场定向控制 FOC概述 信号变换 PMSM的FOC 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 29页 FOC概述概述 FOC 因视角不同而异 以转子位置为基准施加电流空间向 量来实现正弦波激励 定子电流和转子 磁体 磁通互相 作用来产生互转矩和速度 要求电子控制使
15、相电流与转子成90 度 正交关系 以优化转矩 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 30页 FOC概述概述 实现实现FOC 改善动态响应 减少转矩波动 支持在扩展速度范围下运行 最小化音频噪声和电磁干扰 EMI 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 31页 信号处理信号处理 a b c 3轴定子参考坐标系轴定子参考坐标系2轴定子参考坐标系轴定子参考坐标系 d q 2轴旋转参考坐标系轴旋转参考坐标系 矢量坐标系矢量坐标系 Clarke 变换变换 Pa
16、rk 变换变换 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 32页 信号处理信号处理 优点 优点 3相电压控制电流空间向量 信号变换简化了公式 并允许采用控制 直流电机的传统技术来控制3相电机 3相时变信号能变换到2轴时不变坐标系 中 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 33页 信号处理信号处理 a c Ia Ic Ib is b 3相坐标系相坐标系 定子电流空间表示 定子电流空间表示 VDC IaIbIc IaIbIc 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 34页 信号处理信号处理 投影至投影至2相坐标系 相坐标系 Clarke变换 变换 I I 2009 Microchip Technology Incorporated 版权所有 C10L17 FOC第 35页 信号处理信号处理 从静态坐标系变换至旋转参考系 定子电流的直轴和交轴表示从静态坐标系变换至旋转参考系 定子
