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簡(jiǎn)化電流控制創(chuàng)造*FOC效能

直流馬達(dá)控制很簡(jiǎn)單，因?yàn)槠渌惺芸氐牧慷际欠€(wěn)定狀態(tài)的直流電(DC)值，而且電流相位/角度受機(jī)械換向器的控制；但在PMSM領(lǐng)域中，要如何才能實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向控制技術(shù)？

二、DC值/角度控制

首先，須知道轉(zhuǎn)子的位置，其常常與A相有關(guān)。我們可使用位置感測(cè)器(如解析器)或相對(duì)位置感測(cè)器(如編碼器)，并處理所謂的「對(duì)齊」。對(duì)齊過(guò)程中， 將轉(zhuǎn)子與A相軸線對(duì)齊，如此一來(lái)A相軸線與直軸(勵(lì)磁分量所在軸)就對(duì)齊。在這種狀態(tài)中，轉(zhuǎn)子位置設(shè)為0；亦即，構(gòu)建靜態(tài)電壓向量，令所需的電壓在d軸， 位置設(shè)為0，這導(dǎo)致定子磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子，并將直軸與A相軸線對(duì)齊。三相量可通過(guò)Clarke變換轉(zhuǎn)換成等效的二相量。接著，再透過(guò)Park變換將兩相靜止參 照系中的量轉(zhuǎn)換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量，這期間要用到轉(zhuǎn)子位置。

轉(zhuǎn)子的電氣位置是轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置再乘以極對(duì)數(shù)pp。經(jīng)過(guò)一系列控制之后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在馬達(dá)端子上生成三相交流電壓，因此所需/生成電壓的直流值應(yīng)當(dāng)通過(guò)反Park/Clarke變換進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

三、幅值控制

所有變數(shù)現(xiàn)在都是直流值，可以輕松控制，但是要如何控制它們的幅值呢？對(duì)于幅值控制，建議使用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的PI控制器，且可以像直流馬達(dá)那樣控制許多狀態(tài)量，如相電流(扭矩環(huán))、轉(zhuǎn)速和位置。

四、FOC步驟

首先，須測(cè)量馬達(dá)的相電流，并使用Clarke變換將它們轉(zhuǎn)換為兩相系統(tǒng)，及計(jì)算轉(zhuǎn)子位置角；接著，再使用Park變換將定子電流轉(zhuǎn)換為d、q坐標(biāo)系統(tǒng) 上；此時(shí)，定子電流扭矩(isq)分量和磁通量(isd)生成分量由控制器單獨(dú)控制；zui后，透過(guò)逆向Park變換，輸出定子電壓空間向量從d、q坐標(biāo)系轉(zhuǎn) 換回兩相靜止坐標(biāo)系，并使用空間向量調(diào)制，生成三相輸出電壓。

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無(wú)論是線性的還是鉸接式的機(jī)器人架構(gòu)配置，大部分應(yīng)用都要求高精度的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。因此，馬達(dá)控制策略采用位置控制環(huán)路，其中實(shí)際位置由位置感測(cè)器捕獲， 通常增量編碼器或編碼器的解析度都非常高。機(jī)器人系統(tǒng)的自由度(DOF)，即移動(dòng)關(guān)節(jié)數(shù)與所使用的馬達(dá)數(shù)是相等的，因此DOF的值越高，每個(gè)馬達(dá)的位 移精準(zhǔn)度要求就越高，因?yàn)槊總€(gè)馬達(dá)產(chǎn)生的位置誤差是相乘的。11M主板 A16B-1010-0321在這些應(yīng)用中，需要具有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)脈沖的編碼器。與焊接或銑削數(shù)控機(jī)床相比，沖孔或鉆孔數(shù)控機(jī) 床的dao具夾的位置控制要求較低，因?yàn)楹附踊蜚娤鲾?shù)控機(jī)床的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)必須精確地同步進(jìn)行，才能保持所需的運(yùn)動(dòng)軌跡。

以銑削數(shù)控機(jī)床的例子 而言，機(jī)床控制結(jié)構(gòu)的頂層是數(shù)控機(jī)床主控制器，通常須要使用多內(nèi)核的MCU，它必須執(zhí)行的任務(wù)和服務(wù)，包括人機(jī)介面/顯示器應(yīng)當(dāng)能夠輸入、顯示并編輯整個(gè) 數(shù)控程式；系統(tǒng)管理器監(jiān)控并指揮其他MCU，處理系統(tǒng)異常情況和中斷訊號(hào)，存儲(chǔ)數(shù)控控制程式、dao具校準(zhǔn)和dao具補(bǔ)償參數(shù)，以及不同用戶的補(bǔ)償和其他設(shè)置；以 及運(yùn)動(dòng)軸控制處理器解析數(shù)控程式并計(jì)算位置指令，將這些指令內(nèi)插到各種坐標(biāo)系統(tǒng)，并將消息發(fā)送給的馬達(dá)控制器。

從周邊設(shè)備要求來(lái)看，MCU應(yīng)當(dāng)能夠處理各種工業(yè)通訊協(xié)議，包含大容量的片內(nèi)記憶體且無(wú)需特定的馬達(dá)控制外設(shè)模組。

馬達(dá)控制層的需求與上層不同。使用單顆MCU可能不會(huì)滿足每種情況下的需求，因此需要一顆額外監(jiān)控安全的MCU。除通訊外，主MCU執(zhí)行馬達(dá)控制演算法并處理特定驅(qū)動(dòng)器的故障狀態(tài)。

馬達(dá)控制演算法包括位置/速度/電流(扭矩)控制環(huán)路的計(jì)算。片上非易失性記憶體的*大小在數(shù)十KB范圍內(nèi)，且MCU必需有的馬達(dá)控制周邊模組，包括六通道的PWM產(chǎn)生計(jì)時(shí)器、快速精確的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及處理編碼器訊號(hào)的介面。

有時(shí)，數(shù)控機(jī)床的主控制器和馬達(dá)控制MCU之間的通訊透過(guò)光纖匯流排來(lái)實(shí)現(xiàn)，以確保惡劣、嘈雜環(huán)境下位置資訊能夠準(zhǔn)確傳遞。馬達(dá)控制MCU底層為功率模 組，每個(gè)模組驅(qū)動(dòng)一個(gè)馬達(dá)。這些還不包括具體的MCU邏輯，但能夠配備一個(gè)智慧的絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)或功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體 (MOSFET)驅(qū)動(dòng)器，它可以進(jìn)行故障保護(hù)和診斷功能。功率模組測(cè)量控制演算法中所用的回饋訊號(hào)(相電流、電壓)，并通過(guò)快速通訊介面?zhèn)魉徒o馬達(dá)控制 MCU。

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