用感應(yīng)器對(duì)BLDC電動(dòng)機(jī)進(jìn)行磁場(chǎng)定向控制

　　為什么選擇FOC?

　　標(biāo)量控制或六步轉(zhuǎn)換進(jìn)程是根據(jù)霍爾傳感器輸入(也可不采用傳感器)控制BLDC電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)方法，提供了動(dòng)態(tài)反饋。只有在電動(dòng)機(jī)達(dá)到下一位置時(shí)，它才給一對(duì)線圈通電，整流再進(jìn)入下一步。如果實(shí)施方案采用感應(yīng)器，則用霍爾傳感器確定轉(zhuǎn)子位置，電動(dòng)機(jī)會(huì)相應(yīng)整流。標(biāo)量控制的優(yōu)勢(shì)在于其非常易于實(shí)施。一些高級(jí)標(biāo)量控制方法使用電動(dòng)機(jī)生成的back EMF確定轉(zhuǎn)子的位置。但是，這種動(dòng)態(tài)反饋不適用于周期內(nèi)負(fù)載動(dòng)態(tài)變化的應(yīng)用。只有FOC這樣的高級(jí)算法才能處理動(dòng)態(tài)負(fù)載變化。

　　以下我們將介紹如何實(shí)施FOC控制算法。就本例而言，我們采用了賽普拉斯推出的PSoC 3。子系統(tǒng)分為以下幾大模塊：

　　磁場(chǎng)定向控制算法的不同模塊(采用賽普拉斯推出的PSoC 3實(shí)施)。

　　1. 電流重構(gòu)模塊

　　我們用雙分流器法重構(gòu)電流。利用這種方法，我們可測(cè)量?jī)蓚€(gè)分支電流，并用Kirchhoff電流定律重構(gòu)第三個(gè)電流。PWM設(shè)計(jì)為中央對(duì)齊，每個(gè)FOC周期在PWM周期中央捕獲兩個(gè)電流樣本。進(jìn)行采樣后，F(xiàn)OC即開始采樣的ADC轉(zhuǎn)換，并重構(gòu)電流。

　　2. 克拉克和帕克轉(zhuǎn)換

　　重構(gòu)電流隨后轉(zhuǎn)換為雙相定子參考，再通過克拉克和帕克轉(zhuǎn)換分別轉(zhuǎn)換為雙相轉(zhuǎn)子參考。轉(zhuǎn)換完成后，轉(zhuǎn)子參考中的電流就能調(diào)節(jié)滿足適當(dāng)?shù)乃俣群团ぞ匾蟆?/p>

　　克拉克轉(zhuǎn)換

　　輸入：Ia, Ib, Ic.

　　輸出：Iα, Iβ

　　轉(zhuǎn)換：Iα = Ia

　　Iβ = (Ia + 2 * Ib)/√3

　　帕克轉(zhuǎn)換

　　輸入：Iα, Iβ

　　輸出：Id, Iq

　　轉(zhuǎn)換：Id = Iα cos θ + Iβ sin θ

　　Iq = Iα sin θ + Iβ cos θ

　　3. PI調(diào)節(jié)器

　　我們實(shí)施增益可調(diào)的一般性PI控制器和最小最大飽和，以調(diào)節(jié)雙相轉(zhuǎn)子參考電流及電動(dòng)機(jī)速度。

　　4. 逆變帕克和克拉克轉(zhuǎn)換

　　調(diào)節(jié)后的輸出隨后再轉(zhuǎn)換為三相參考(PWM工作周期)，進(jìn)而通過逆變帕克和克拉克轉(zhuǎn)換)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子速度。

　　逆變帕克轉(zhuǎn)換

　　輸入：Vd, Vq

　　輸出：Vα, Vβ

　　轉(zhuǎn)換：Vα = Vd cos θ + Vq sin θ

　　Vβ = Vd sin θ + Vq cos θ

　　逆變克拉克轉(zhuǎn)換

　　輸入：Vα, Vβ

　　輸出：Va, Vb, Vc

　　轉(zhuǎn)換：Va = Vα

　　Vb = 1/2 * Vα + 2/√3 * Vβ

　　Vc = 1/2 * Vα - 2/√3 * Vβ

　　5. SVM(空間矢量調(diào)制)

　　空間矢量調(diào)制技術(shù)用于生成正弦波提供給定子線圈。根據(jù)逆變克拉克轉(zhuǎn)換生成的三相參考，SVM生成的PWM比較值相位移120度。
                                                                                     

                                                                                       

　　其中：

　　tc, tb, ta à PWM比較寄存器值，表4.2。

　　T1 and T2 à 參見表1。

　　PWMperiod àPWM周期數(shù)。

　　表1. 查詢T1和T2的搜索表

　　區(qū)域T1T2

　　1-Vb-Vc

　　2-Vc-Va

　　3VbVa

　　4-Va-Vb

　　5VaVc

　　6VcVb

　　其中：

　　Va, Vb and Vc à 逆變克拉克轉(zhuǎn)換輸出。

　　根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)決定區(qū)域：

　　如果Va > 0，則Sector_bit_0 = 1，否則為0。

　　如果Vb > 0，則Sector_bit_1 = 1，否則為0。

　　如果Vc > 0，則Sector_bit_2 = 1，否則為0。

　　表2：分配PWM工作周期的搜索表

　　區(qū)域123456

　　PWM_Atbtatatctctb

　　PWM_Btatctbtbtatc

　　PWM_Ctctbtctatbta

　　速度和位置感應(yīng)

　　首先，我們檢測(cè)一個(gè)霍爾傳感器輸入兩個(gè)上升或下降邊緣之間的周期來測(cè)出速度。檢測(cè)的周期實(shí)際就是一個(gè)電子周期，是電子頻率或速度逆變所得。電子速度值在每個(gè)FOC周期上累加，就計(jì)算出位置“Θ”。在本例中，F(xiàn)OC周期為200µS。我們用以下關(guān)系：

　　Θ = ωt

　　Θ à 角距為“t”秒

　　ω à 角速度

　　t à Θ計(jì)算時(shí)間間隔

　　位置Θ還能用編碼器輸入替代霍爾傳感器來計(jì)算。我們不用累加速度，可直接獲得位置信息。

　　FOC帶來了出色的高效性和節(jié)能性，利用這種控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、滿足實(shí)際需求，可大幅節(jié)約成本。此外，利用PSoC 3這種SoC的靈活性優(yōu)勢(shì)、豐富資源和小型化架構(gòu)，包括硬件在內(nèi)的整個(gè)控制算法(不含驅(qū)動(dòng)器板)都能在單芯片中加以實(shí)施。