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永磁同步电机相线电流采样,力矩控制分析

bigegpt 2024-09-10 11:21 4 浏览

在永磁同步电机FOC控制算法中,控制目标是电机的相电流,因而电流反馈信号也相当重要。

常见的如下几种电流采样电路的检测方案:

至于电流采样的传感器,在制作快速样件进行算法验证阶段可以选用线性hall电流采样芯片,在规模化量产阶段,使用高精度电流采样电阻成本优势更大,因此今天主要就采样电阻就这种方式来展开。由于相线电流采样的方式,信号上有较大的共模电压,因此一般预驱芯片自带的运放都不能使用,需要用到如下图所示的专用的放大电路芯片,芯片中的放大倍数一般不会超过30倍,20倍较为普遍;因为采用相线采样的方式,必然需要检测正负两个方向的电流,还需要设置一个2.5V的偏置电压。

采样电阻的选择:

采样电阻选择过大,电流测量的量程小,采样电阻本身的发热损耗也会过大,对采样电阻的功率要求也相应提高;

采样电阻选择过小,测量到的电流信号分辨率降低,容易受噪声的影响。

假设期望检测的电流范围为正负100A,那么采样电阻阻值应该不大于4V/(200A*20)=1毫欧。(只选用4V的原因是输出0-0.5V和4.5V到5V这一段的线性度比较差,而且要留着这一段区间用来进行故障诊断)

AD采样的时间选择:

以PWM中心对齐的控制方式为例,其电机相电流在微观上存在一个2倍频于PWM频率的纹波信号。

【t0 t1】时段,三个MOS均关闭,A相电流下降;

【t1 t2】时段,A相导通,BC相关闭,A相电流上升;

【t2 t3】时段,AB相导通,C相关闭,相电流下降;

【t3 t4】时段,ABC三相均导通,相电流下降;

【t4 t5】时段,AB相导通,C相关闭,相电流上升;

【t5 t6】时段,A相导通,BC相关闭,相电流上升;

【t6 t0】时段,三相均关闭,相电流下降;

由于PWM开关的频率很快,这个电流的纹波一般都比较小(1A以内),但是对于控制来说,我们希望得到在一个PWM周期内的电流平均值,可以用T/2时刻的采样值作为这个平均电流的近似。在软件中,在PWM周期的中心点触发一个中断去启动相电流的采样。

至于左对齐或者右对齐的方式,请读者自行脑补。

偏置电压对控制性能的影响

Simulink力矩闭环模型中,不改变任何其它参数,只是将偏置电压变化50mv(软件中都是按照2.5V的偏置计算电流值),得到的力矩输出波形如下:

放大电路Gain及对称性对控制性能的影响

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