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  • 無刷直流電機(jī)矢量控制技術(shù),單電阻采樣介紹
    • 發(fā)布時間:2023-02-14 16:16:51
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    無刷直流電機(jī)矢量控制技術(shù),單電阻采樣介紹
    無刷直流電機(jī)的矢量控制中,采用分流電阻進(jìn)行三相電流采樣是一種經(jīng)濟(jì)成本較低、應(yīng)用較成熟的方案,因此在很多低成本產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛。
    分流電阻方案的整體思路是在下橋臂或地線上串聯(lián)分流電阻,通過運(yùn)放和控制器AD進(jìn)行測量,獲取電機(jī)三相電流。根據(jù)使用的電阻數(shù)量,分流電阻方案可分為三電阻采樣、兩電阻采樣和單電阻采樣,每種方案都有各自的優(yōu)點和缺陷。本文主要介紹單電阻采樣方法。
    單電阻采樣原理如圖1中所示。在DC-AC變流器的地線上串聯(lián)分流電阻,電阻電壓信號用運(yùn)算放大器放大之后輸入到MCU的AD引腳,實現(xiàn)電流信號采樣。
    無刷直流電機(jī) 單電阻采樣
    圖1 單電阻電流檢測電路
    該方案通過單個電阻實現(xiàn)三相電流采樣,因此在采樣時間上有特定要求,需要在一個PWM周期內(nèi)連續(xù)采樣兩次,然后通過計算才能得到三相電流。
    以三相調(diào)制為例(還有兩相調(diào)制,原理稍有區(qū)別),根據(jù)相位θ將UVW三相驅(qū)動波形分為6個區(qū)段,如圖2中所示。
    無刷直流電機(jī) 單電阻采樣
    圖2 三相驅(qū)動波形和區(qū)段的關(guān)系
    以區(qū)段1為例,三相電流的采樣和計算方法如圖3中所示。區(qū)段1中,一個PWM周期內(nèi)三角載波與調(diào)制波比較結(jié)果(即PWM輸出信號)共有4種組合:
    (UVW):(000),(100),(110),(111)
    其中0表示上橋臂關(guān)斷,下橋臂導(dǎo)通;1表示上橋臂導(dǎo)通,下橋臂關(guān)斷。
    無刷直流電機(jī) 單電阻采樣
    圖3 區(qū)段1采樣時間示意
    當(dāng)輸出PWM為(110)時(A采樣點),系統(tǒng)電流如圖4中所示,此時分流電阻的電流為-IW;當(dāng)輸出PWM為(100)時(B采樣點),系統(tǒng)電流如圖5中所示,此時分流電阻的電流為IU。根據(jù)IU+IV+IW=0,可以求得IV的值。
    無刷直流電機(jī) 單電阻采樣
    圖4 A采樣點電流示意
    無刷直流電機(jī) 單電阻采樣
    圖5 B采樣點電流示意
    按照區(qū)段1的原理,各區(qū)段的測量電流為:
    無刷直流電機(jī) 單電阻采樣
    實際在MCU中實現(xiàn)單電阻采樣算法時,大體遵循以上思路。其中的難點在于每次AD采樣的執(zhí)行需要持續(xù)一定的時間,按照圖3所示的采樣原理,若UVW三相或某其中兩相的PWM占空比大小比較接近,則無法有足夠的時間窗口采集到正確的數(shù)值。
    因此在實際應(yīng)用中,需要考慮到AD采樣時長與PWM輸出連續(xù)變化二者之間的矛盾。針對這個問題,也產(chǎn)生了不止一種解決思路,采用stm32-HAL庫給出的解決思路,該方案的代碼量較大,涉及了較復(fù)雜的中斷操作,主要是ADC中斷和定時器中斷時間的配合,以及采樣時間點和采樣結(jié)果的計算和補(bǔ)償。
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