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电机 电控(电机控制foc)

让我们关注一件事:

如何将三相绕组变成我们想要的电磁铁!

电机 电控(电机控制foc)

也就是说它可以给出一个360任意方向的磁场矢量,而且我们还可以随意控制这个磁场矢量的大小!

我们先看一个简单的定子,假设它有三个齿和一个磁极,因为任何具有多个齿的定子都可以看作是n个三个齿的组合。图中共有三个绕组ABC,我们在上一节中已经说过,两个正交的绕组分别通电后,可以在xy坐标下形成任意方向的矢量。既然这里有三个绕组,如何实现这一点呢?

当然也可以分别给三个绕组供电。这是最简单的,因为用两个绕组就可以完成,更不用说三个绕组了。但实际情况是三个绕组分别供电,我们需要连接6根线。 A+和A-、B+和B-、C+和C-,需要控制每个绕组的磁力和大小(正负),需要一个H桥。这样,我们就需要3个H桥,这显然是非常大的。多么浪费啊!

H桥控制线圈如下:

图2

图中,中间有一个4mos的线圈。当A和B'导通时,线圈电流沿红色箭头方向。当B和A'导通时,线圈电流为蓝色方向。线圈通电。磁力方向和方向明显;当红色方向的电流发电时,改变A、B'同时导通的时间。其他时间,mos完全关断,从而可以调节线圈上加载直流电压的有效时间。这相当于在线圈上施加了一个小电压。例如A、B'导通一半通电时间,所有通电MOS关闭一半通电时间。这相当于向线圈施加0.5VDC。如果A和B'一直处于截止状态,相当于线圈上施加了一个小电压。开路时,相当于向线圈施加VDC。电压之所以可以等效,是因为线圈是电感。线圈上感受到的实际电压在VDC和0之间变化,但电流是连续的。是的,电流是连续的,线圈产生的磁场也是连续的(实际电流也有上升和下降,但如果电压变化很快,电感足够大,理论上电流也可以连续,如图以下)

图3

如图所示,电压均为50占空比,绿线和红线,对应的电流如下图黄线和红线。占空比相同的情况下,频率越高,电流波动的峰峰值越小(具体电流的高度不正确,只是提示一下)!

回到上面的ABC三相电气图,如果我们分别控制三个线圈,就需要3个H桥,但前人聪明得多。如果我们将图1 中的所有A-、B- 和C- 连接在一起,那么只控制A+、B+ 和C+ 怎么样?我们来做个假设。 A 被赋予高电平,A' 被赋予低电平。让这个控制的上面的mos导通,这个控制的下面的mos关断。然后A+将连接到DC+。B给低电平,B'设置为高电平,这样这里控制的上臂mos关闭,下臂mos打开。然后B+连接到DC-。和B一样,让C+接DC-;- -----------------方法一

图4

保持上面的连接,这样我们可以发现电流从A进入,从B、C流出,如图5、1所示。

图5

这样,橙色箭头的方向就与电磁铁形成的磁场方向一致。

但这里我们把橙色箭头称为电压矢量的方向,因为这里我们加载的是电压方向,A指向B和C。由于是稳态,电流方向也是这个方向,所以磁场与橙色箭头一致。是的,

如果橙色电压方向旋转,一般来说,磁场方向滞后于箭头方向(不是90)。

由于定子是电感电阻模型,我们知道在纯电感中,电流滞后电压90。因为有电阻,实际上有转子永磁体反电动势,所以滞后角取决于你的电流大小和频率。关系,但如果我们知道它是滞后的,那就太好了;

知道了上面的关系,这里就严谨一点吧。本章我们说的这个控制不是控制电磁铁产生360任意方向的磁场,而是控制电磁铁上加载的电压矢量为360任意方向,同时控制该电压矢量的大小,

电压矢量的方向和大小可以任意控制。我相信电流矢量的方向和大小也是可以任意控制的。我们首先研究任意控制电压矢量的方向和大小;

这样,我们回到图5,重复图5中的操作1。我们可以复制操作2、3、4、5、6。这些操作就是重复图4中的方法1,只不过改变了方式mos管已连接。上下关系,这样我们就得到了6个状态,我在图5中标注了。如果你仔细观察,你会发现这6个状态的方向相差60。如果我们按照开机顺序,4、3、2、1、6、5、4这样移动,看看是否出现旋转电压矢量!

图6

没错,这是我们的六个旋转电压矢量。这也是感官方波中常用的技巧。

简单的描述就是在6个方向上连续给出这样的开启序列。如果它检测到电机转子的d轴(d轴在电气控制简介1中有解释)在0度,它会给出120的电压矢量,当转子的d轴达到60,就会给出180的电压矢量,从而逐步控制电机旋转,也就是我们常说的6步换向。

六步换向也可以控制该电压矢量的幅度。它控制幅度的方式就是图4中的方法一,B、C连接的下臂mos被控制为导通,但是A连接的上臂mos一直导通。开关管,当A连接的上臂mos关断时,A与DC+断开,DC+-电压无法加到ABC上,处于高阻状态。只有当A连接的上臂mos导通时,DC+-才能加载到ABC上,这样通过控制开关管的占空比,就可以控制电压矢量的动作时间。从微观上看,就是存在-不存在-存在-不存在-存在这样夹在一起的。控制有或无的时间比例就可以控制电压矢量的等效幅度。简单来说,就是当插入断路时,进入路径序列; (实际断路时序见图4,A相上臂MOS管和下臂MOS管均截止,但A相仍有电流,电流从哪里进入A相?电流流向从下到上从连接A相的半桥下臂MOS管的体二极管开始,即俗称续流)------------------ ----方法二

还有一件事,这里我们讲一下等效电压矢量幅度。为什么是等价的?因为在电感模型中,电压可以突变,但电流不能突变。如果你拿一个示波器,夹在A相和星形触点之间,观察A相的分压,你会发现这个分压就是有无的节奏。但如果你用A相电流钳看电流,你会发现电流一直都在,只是有一点波动。三角锯齿波形状的波动。开关频率越高,电流波形的频率越高,波动幅度越低,越接近直流。电流是连续的,所以我们这里说电压是等效的,这也是基于伏秒原理。原因;

这里我们要使用的是svpwm,这会更有趣。它有什么有趣的地方呢?

1.svpwm意味着我们要摆脱这有限的6个方向,我们要创建无限连续的方向来填充360。

2、svpwm通过插入有源短路的零矢量动作时间来调整电压矢量的等效幅值,而不是开路;

主动短路的零向量是方法二中A相上臂MOS闭合,下臂MOS也闭合,A相下臂MOS断开; B、C相下臂MOS也开路。想想会出现什么问题。一定没有问题。原来是第二种方法,想要关闭A相的上臂mos,本来关闭A相的下臂mos,但是这个下臂mos不达标,还有反骨体内(图4)。该二极管为您导电。既然如此,我何不主动打开你小臂上的mos呢?一旦打开,A、B、C的下臂mos全部打开,上臂mos完全闭合。这就是我们所说的零向量。

爱思考的同学想问,为什么A、B、C的上臂mos不能开启,下臂mos不能关闭呢?

当然,聪明的你已经捕捉到了另一个零向量,

有了这2个零向量,再加上6个不同方向的电压向量,你就找到了总共8个可控的上电时序。这8个上电时序,有机地组合在一起,就会形成美妙的svpwm;

我们提到了8 种开机时序。让我们为半桥的每个阶段制定一个规则。什么是半桥?图4中的两个mos A和A'称为A相半桥。当上臂上的mos导通,下臂上的mos截止时,我们记录为1。当上臂上的mos截止,下臂上的mos导通时,我们记录为0。

有没有上下臂的mos同时导通的情况?不可以,这样会造成短路;

有没有上下臂mos同时关断的情况? svpwm中,除了上臂MOS管闭合而下臂MOS管不开路,或者下臂MOS管闭合而上臂MOS管不开路外,其他情况都没有死区,但是它存在于六步方波中!

我们简称为上臂MOS管为上管,下臂MOS管为下管。共有A、B、C 三个阶段。每个阶段有两种可能性。加起来有2^3 种可能的组合,所以上下管的8 种组合是:

为了阅读方便,我将图6移到这里。

图6

(0,0,0)A下管开,B下管开,C下管开,对应图6中点

(0,0,1)A下管开,B下管开,C上管开,对应图6中的60

(0,1,0)A下管打开,B上管打开,C下管打开,对应图6中的300

(0,1,1)A下管开,B上管开,C上管开,对应图6中0

(1,0,0)上管A开,下管B开,下管C开,对应图6中的180

(1,0,1)上管A开,下管B开,上管C开,对应图6中的120

(1,1,0)上管A开,上管B开,下管C开,对应图6中的240

(1,1,1)上管A开路,上管B开路,上管C开路,对应图6的中心点

当上面提到的上管打开时,默认下管是关闭的;当下管打开时,默认上管关闭;

上面的每一个组合都看成一个向量,那么有了这8个基本向量,这8个基本向量如何在平面内任意方向形成一个向量呢?例如,如果我们希望电压矢量指向24,该怎么办? --------------------问题1

SVPWM的基本思想是一样的,

1、利用6个非零向量的两个相邻向量来控制合成向量的方向。

2、利用零向量调整合成向量的幅值

回到问题1,要生成24方向的向量,我们需要使用图6中的0和60两个非零基本向量进行合成,然后使用零向量的混合得到24 方向矢量的幅度。调整;

非零基向量的模长度是多少?

我这里用到了向量变换的原理。例如,基本非零向量(0,1,1)的模长度是多少?

对于矢量合成,请查看图5 中的第4 个,以便于阅读。我将再次将其插入此处。

图5

图8(互联网抓取、入侵和删除)

上面我们提到的ARR和CCR是stm32中的概念。这张图中的PTPER就是我们所说的ARR,PDC1和2就是我们所说的CCR1和2。几个通道有几个CCR。看图,计数值从0开始爬升到PTPER,然后在爬升过程中,遇到PDC1后,PMW1H发生翻转。然后当定时器从PTPER 下降时,遇到PDC1,PMW1H 也翻转,使得PMW1H 通道在一个周期T 内改变状态两次,从1 到0 再到1。这里的T 是计数器从0 到PTPER 然后下降到0;那你看,你改变了知道了CCR值,也就是图8中的PDC1和2值,我们是不是可以控制PWM1H和PWM2H的波形呢?这个波形最终会在24或我们上面提到的其他方向上产生一定的模式长度电压。向量;

如何理解FOC周期和这个PWM周期T呢?一般来说:

FOC的操作需要改变这个PWM内的CCR值,也就是图8中的PDC1,2值。

有些人会在一个PWM 周期内进行两次FOC,即在每半个PWM 周期中,都会计算一个新的CCR 值,然后在下半个PWM 周期开始时应用这个新的CCR。值,即FOC 频率是PWM 频率的两倍,

有些人在一个PWM 周期内进行一次FOC,这样FOC 频率就与PWM 频率相同。

有些人在多个PWM 周期内只执行一次FOC。这意味着FOC 频率低于PWM 频率。

不过,FOC 频率是最快的,不会是PWM 频率的两倍。这是极限,否则FOC计算出的CCR值不能有效地应用在PWM中。

图8 中的这种中心对称是可能的。对称中心PWM1H和2H都处于00状态。我们还有其他中心对称方案。这里我将使用对称中心的状态为1, 1;

我们继续回到将Udc的两个非零向量组合成24方向向量的问题:

T的含义已经解释完了,接下来我们看看t1和t2有多大。基于这个向量的综合,我们列出一个公式,见图7。为了阅读方便,我在这里插入图7:

图7

最终的结论是:给定一个角度和一个幅值的电压矢量,就可以得到对应单片机的三个定时器通道的CCR值。

这里还要补充一点的是,草案中的P1和P2是指两个非零向量在7段周期中分别工作对应的总时间。为什么说总,因为中心对称,前后各一半; PHA、PHB、PHC 表示对应定时器的ABC通道开始翻转的计数值;

其实此时,有兴趣的朋友可以自己推导一下svpwm在极坐标下生成的一个函数。

和的坐标实际上是极坐标计算中的一个中间过程,可以从简化的极坐标程序中推导出来。

这里使用极坐标是为了方便后续直观的查看旋转电压矢量的效果!

要真正实现FOC,您仍然需要具有alpha 和beta 输入的svpwm 函数;

附言。 (上面手稿中推导的7段svpwm,为什么说是7段式呢?因为看手稿第四页,我在每个扇区都做了8段划分,最后的中间是1,1,1(从上到下看),我把它们分成了两次,这是为了方便计算和理解,实际上因为它们处于相同的状态,所以实际上有7段,所以这就是所谓的7段式,同理,如果把中间的1,1,1全部去掉,那么原来的1,1,1,和两端的向量就可以直接压在一起了,取第一个扇区手稿第四页的例子,U1是不是中间变成了一起?这样就丢失了两段,所以就变成了5段公式,你觉得用P1和P2?这里我们一般把5段式中的1、1、1去掉,留下0、0、0,以方便下臂电流采样,减轻上臂栅极驱动器的自举负担。这显然会给下桥臂造成更大的负担。当然你可以去掉0,0,0,只留下1,1,1。你也可以定期一次添加0,0,0和1,1,1。 )

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