各類電機(jī)的矢量控制方案有哪些？

1、矢量控制的基本原理，通過測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的，將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量，和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量分別加以控制。

2、并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。

3、簡(jiǎn)單的說，矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別設(shè)計(jì)兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的高性能調(diào)速，矢量控制方式有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)位置傳感器矢量控制方式和有位置傳感器的矢量控制方式等，這樣就可以將一臺(tái)三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來(lái)控制。

4、因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。

矢量控制是一種交流電機(jī)控制理論，由德國(guó)西門子公司的F.Blaschke于1971年提出。

它的基本思想是模仿直流電機(jī)的磁場(chǎng)定向方式，將交流電機(jī)的定子電流分解為與轉(zhuǎn)子磁鏈同方向的勵(lì)磁分量和與磁鏈方向正交的轉(zhuǎn)矩分量，將勵(lì)磁分量和力矩分量進(jìn)行解耦，便于控制器實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的精確速度和轉(zhuǎn)矩控制。

永磁同步電機(jī)矢量控制框圖

從圖1可以看出，要實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的矢量控制需要以下幾步：

(1)測(cè)量流過電機(jī)相繞組電流Ia、Ib、Ic;

(2)將Ia、Ib、Ic進(jìn)行Clark變換到α-β坐標(biāo)系;

(3)將Ialpha-Ibeta進(jìn)行Park變換得到Id、Iq

(4)將目標(biāo)電流和反饋電流進(jìn)行PI控制得到Vd、Vq

(5)將Vd、Vq進(jìn)行Anti-Park變換得到Valpha-Vbeta

(6)將得到的Valpha-Vbeta進(jìn)行SVPWM調(diào)制控制，從而得到三相電壓輸出

從上述的控制描述可以看出，永磁同步電機(jī)矢量控制對(duì)硬件的要求如下：

圖2 永磁同步電機(jī)矢量控制硬件要求

其中ADC中需要采集最少兩相電流，母線電壓Vdc是否采集看應(yīng)用情況;PWM發(fā)波高級(jí)定時(shí)器需要有三相互補(bǔ)帶死區(qū)的PWM發(fā)波功能;位置檢測(cè)需要正交編碼器檢測(cè)功能，或者霍爾檢測(cè)功能，假如使用無(wú)傳感器控制，則不需要。

永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不難，但要把電機(jī)控制做的好，需要時(shí)間去沉淀。

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功率密度高、效率高和高等優(yōu)點(diǎn)，在各種高性能驅(qū)動(dòng)

系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。在PMSM高性能控制中，一般需要在轉(zhuǎn)子軸上安裝機(jī)械，以測(cè)量的轉(zhuǎn)子速度和位置。而對(duì)于那些對(duì)成本控制較嚴(yán)，不適合使用機(jī)械傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域中，無(wú)傳感器控制策略成為研究的熱點(diǎn)。Fortior針對(duì)PMSM的無(wú)傳感器推出了高性能的控制器FT3066，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

2. 基于FT3066的SPMSM(Surface PMSM)矢量控制結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

FT3066是高性能PMSM矢量控制專用芯片。圖1展示了基于FT3066平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的表貼式永磁同步電機(jī)

最大轉(zhuǎn)矩/電流控制比控制策略。

圖1 表貼式PMSM最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制

控制器特點(diǎn)描述如下：

l 無(wú)傳感器估算算法獲得精確的轉(zhuǎn)子位置和速度信息。

l 可靠的啟動(dòng)及角度的軟切換處理。

l 轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)速，優(yōu)良的閉環(huán)速度控制性能。

l 優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩控制性能。

l 電流環(huán)和速度環(huán)路參數(shù)易于整定。

l 支持單電阻，雙電阻，三電阻電流采樣算法，采樣電路如圖2所示。

l 支持風(fēng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的逆風(fēng)和順風(fēng)啟動(dòng)。

l 支持PWM，模擬調(diào)速控制。

l 支持FG輸出功能。

l 具有堵轉(zhuǎn)保護(hù)，缺相保護(hù)，過、欠壓保護(hù)，過流保護(hù)功能。

3. FT3066及周邊硬件電路實(shí)現(xiàn)

3.1 FT3066控制芯片描述

l 最大108MHZ CPU執(zhí)行速度。

l 零等待FLASH讀寫操作。

l 2.6~3.6V電壓供電。

l 芯片提供6對(duì)帶死區(qū)控制的專用PWM。

l 2路高速12位的多通道，可靈活配置采樣的ADC模塊(1MSPS轉(zhuǎn)換率)。

l 豐富的通訊外設(shè)接口。

3.2電阻采樣電路

FOC矢量控制需要電機(jī)電流反饋信息。FT3066可配置兩電阻或三電阻橋臂電流采樣或單電阻的直流

母線電流采樣。電流采樣電路的好壞直接影響無(wú)傳感器算法對(duì)轉(zhuǎn)子位置及速度信息估算的結(jié)果，進(jìn)而影響控制性能。FT3066采用如下的電流采樣調(diào)制電路，根據(jù)控制的電機(jī)及負(fù)載情況，優(yōu)化調(diào)制電路的參數(shù)。

圖2 電流采樣調(diào)制電路

3.3 FT3066實(shí)現(xiàn)SVPWM調(diào)制

SVPWM載波頻率可選：12K，16K，18K，20K。在使用過程中，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇不同載波頻率，通

常情況下載波頻率越高，電機(jī)電磁噪音越小，MOS開關(guān)損耗會(huì)增加;反之，載波頻率越低，電機(jī)噪音越大，MOS開關(guān)損耗減小。

3.4 FG輸出信號(hào)

FG是一個(gè)反映電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的。如果不使用該功能，可以將其引腳懸空。下圖為一個(gè)電頻

率對(duì)應(yīng)的FG信號(hào)輸出波形

4. 典型應(yīng)用

FT3066以其優(yōu)異的控制性能，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵類等市場(chǎng)應(yīng)用。其成功案例有空調(diào)風(fēng)機(jī)、油煙機(jī)風(fēng)機(jī)、高壓風(fēng)扇、洗滌泵、屏蔽泵等。

5. 總結(jié)

FT3066是Fortior推出的高性能電機(jī)控制芯片。它采用無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制技術(shù)和最大轉(zhuǎn)矩/電流比

控制策略，支持兩電阻、三電阻橋臂電流采樣和單電阻的母線電流采樣。具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制和優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)調(diào)節(jié)效果。具有堵轉(zhuǎn)保護(hù)，缺相保護(hù)，過、欠壓保護(hù)，過流保護(hù)功能。