【晟矽課堂】晟矽MS32F031霍爾FOC電機(jī)控制方案介紹（上）

介紹目錄

1. 硬件電路原理

2. FOC控制原理

3. 空間矢量調(diào)制（SVPWM）

4. 電流采樣方式選擇

5. 角度估算器

6. 霍爾FOC程序

1. 硬件電路原理

電源電路 ：

第一部分：使用的開關(guān)電源芯片LM5009降壓；

優(yōu)點(diǎn)：有點(diǎn)效率高，穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：電路復(fù)雜。

第二部分：使用78L05LDO線性降壓芯片；

優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，成本低。

缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率低，輸入電壓低。

驅(qū)動芯片電路：使用LN4303芯片，22uF的自舉電容。

半橋電路：使用60V60A規(guī)格MOS，MOS充電限流電阻22歐姆；MOS存在米勒平臺，所以加入死區(qū)，防止上下管導(dǎo)通。

采樣電路：相電流采樣：R24、R26、R25；母線電流采樣：R27。

霍爾電路?：

霍爾電源電源是5v供電，使用的開關(guān)霍爾，上拉電路。

三路運(yùn)放：

1. 平均電流、W相、V相電流采樣放大

2. 放大倍數(shù)5倍

3. 偏置電壓2.5V

MCU外設(shè)資源?：

1. PWM輸出，6路互補(bǔ)PWM

2. HALL捕獲，3路HALL捕獲

3. 采樣電流使用3組運(yùn)放

4. 母線電壓和電位器ADC采樣

2. FOC控制原理

FOC---磁場定向控制（Field Oriented

Control）

通常稱為“矢量控制”，是通過控制變頻器輸出電壓的幅值和頻率控制三相交流電機(jī)的一種變頻驅(qū)動控制方法。

基本思想

通過測量和控制電機(jī)的定子電流矢量，根據(jù)磁場定向控制原理分別對電機(jī)的勵磁電流（Id）和轉(zhuǎn)矩電流（Iq）進(jìn)行控制，從而將三相交流電機(jī)等效為直流電機(jī)控制。

實(shí)現(xiàn)步驟

通過坐標(biāo)變換，將三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，從而使三相交流耦合的定子電流轉(zhuǎn)換為相互正交、獨(dú)立解耦的轉(zhuǎn)矩和勵磁分量，達(dá)到類似于他勵電機(jī)直接控制轉(zhuǎn)矩的目的。

FOC控制框圖

Clarke變換

三相采樣電流轉(zhuǎn)化成兩相電流Ia、Iβ

Park變換

兩相電流轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的直流電流Iq、Id

3. 空間矢量調(diào)制（SVPWM）

由于逆變器三相橋臂共有6個開關(guān)管，為了研究各相上下橋臂不同開關(guān)組合時逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開關(guān)函數(shù)：

Sx ( x = a、b、c) 為：

(Sa、Sb、Sc)的全部可能組合共有八個，包括6個非零矢量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和兩個零矢量? U0(000)、U7(111)。以其中一種開關(guān)組合為例分析，假設(shè)：

Sx ( x= a、b、c)= (100)

求解上述方程可得：Uan=2Ud /3、UbN=-U d/3、UcN=-Ud /3。同理可計(jì)算出其它各種組合下的空間電壓矢量，列表如下：

開關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對應(yīng)關(guān)系

電壓空間矢量圖

其中非零矢量的幅值相同（模長為 2Udc/3），相鄰的矢量間隔 60°，而兩個零矢量幅值為零，位于中心。在每一個扇區(qū)，選擇相鄰的兩個電壓矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原則來合成每個扇區(qū)內(nèi)的任意電壓矢量，即：

或者等效成下式：

其中，Uref 為期望電壓矢量；T為采樣周期；Tx、Ty、T0分別為對應(yīng)兩個非零電壓矢量 Ux、Uy 和零電壓矢量 U 0在一個采樣周期的作用時間；其中U0包括了U0和U7兩個零矢量。上式的意義是：矢量 Uref 在 T 時間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和 Ux、Uy、U 0 分別在時間 Tx、Ty、T0內(nèi)產(chǎn)生的積分效果相加總和值相同。

定時器計(jì)數(shù)模式及PWM產(chǎn)生