厦门季旭贸易有限公司

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  厦门航拓电气有限公司
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简化电流控制创造最佳FOC效能
直流马达控制很简单，因为其所有受控的量都是稳定状态的直流电(DC)值，而且电流相位/角度受机械换向器的控制；但在PMSM领域中，要如何才能实现磁场定向控制技术？
二、DC值/角度控制
首先，须知道转子的位置，其常常与A相有关。我们可使用绝对位置感测器(如解析器)或相对位置感测器(如编码器)，并处理所谓的「对齐」。对齐过程中，将转子与A相轴线对齐，如此一来A相轴线与直轴(励磁分量所在轴)就对齐。在这种状态中，转子位置设为0；亦即，构建静态电压向量，令所需的电压在d轴，位置设为0，这导致定子磁场吸引转子，并将直轴与A相轴线对齐。三相量可通过Clarke变换转换成等效的二相量。接着，再透过Park变换将两相静止参照系中的量转换成两相旋转坐标系中的直流量，这期间要用到转子位置。
转子的电气位置是转子的机械位置再乘以极对数pp。经过一系列控制之后，设计人员应当在马达端子上生成三相交流电压，因此所需/生成电压的直流值应当通过反Park/Clarke变换进行转换。
三、幅值控制
所有变数现在都是直流值，可以轻松控制，但是要如何控制它们的幅值呢？对于幅值控制，建议使用级联结构的PI控制器，且可以像直流马达那样控制许多状态量，如相电流(扭矩环)、转速和位置。
四、FOC步骤
首先，须测量马达的相电流，并使用Clarke变换将它们转换为两相系统，及计算转子位置角；接着，再使用Park变换将定子电流转换为d、q坐标系统上；此时，定子电流扭矩(isq)分量和磁通量(isd)生成分量由控制器单独控制；最后，透过逆向Park变换，输出定子电压空间向量从d、q坐标系转换回两相静止坐标系，并使用空间向量调制，生成三相输出电压。
五、无感测器控制
设计人员需要转子的位置资讯，才能高效地控制永磁同步马达，然而在一些应用中于传动轴上安装转子位置感测器，会降低整个系统的耐用性和可靠性。因此，设计人员的目标不是使用这个机械感测器直接测量位置，而是利用一些间接的技术估算转子位置。
低速时，须高频率注入或开环启动(效率不高)等特殊技术来启动马达并使之达到某一个转速，在这个转速下对于反电动势观测器来说，反电动势已足够。通常，5%的基本速度足以使无感测器模式正常运行。
中/高速时，使用d/q参照系中的反电动势观测器。内部脉宽调变(PWM)频率和控制环路频率必需够高，才能获得合理数量的相电流和直流母线电压的样本。反电动势观测器的计算要求乘累加、除法、正弦/余弦(sin/cos)、开方等数学计算，适合使用基于安谋国际(ARM)内核的KinetisMCU或PowerArchitecture系列的数位讯号控制器(DSC)。
六、弱磁控制
超过马达额定转速的作业要求，PWM逆变器提供的输出电压高于直流母线电压所限制的输出能力。要克服速度限制，可实施弱磁演算法。负的d轴给定电流将提高速度范围，但由于定子电流的限制，可得到的最大扭矩会相对地降低。在同样的直流母线电压限制下，控制d轴电流可以起到弱化转子磁场的效果，这降低了反电动势电压，允许更高的定子电流流入马达。
七、PMSM/MCU相辅相成提升工业机器人自由度
机器人已开始在工厂自动化处理中发挥着重要作用，其代替工人进行焊接、涂装、装配等可藉由机器人达到更经济、快速和准确完成标准的常规作业。以下将从马达控制角度介绍系统描述和需求。

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