Simulink电机控制：单电阻三相电流重构算法仿真总结

目录

理论基础

仿真实现

硬件实现

总结

参考Microchip AN1299 《PMSM  无传感器 FOC的单分流三相电流重构算法》&＃xff0c;详细的理论可以参考这个文档&＃xff0c;这里只简单总结一下。单电阻采样的核心就是要在一个周期内实现两相电流的采样并通过基尔霍夫定律计算得到第三相电流&＃xff0c;达到电流重构的目的&＃xff0c;只是在重构过程中需要考虑采样窗口的分配。采样点需要考虑 避开开关产生的电流噪音。如下图&＃xff0c;以扇区3为例&＃xff1a;

 放大后&＃xff0c;下面两个点T1,T2就可以得到两相的电流信息。可以通过硬件电路推算出对应两相的电流值。

 T1时刻&＃xff0c;导通和电流对应如下&＃xff1a;

 Ic&＃61;IBus

 Ia&＃61;-Ibus

 Ib&＃61;0-Ia-Ib 

其他几个扇区同理操作

通过理论构建采样重构模型

 如下&＃xff0c;重构了三相电流和实际电流&＃xff0c;很明显三相电流采样不好&＃xff0c;总会有几个地方出现采样错误。

 展开可以看到&＃xff0c;在扇区切换的附近&＃xff0c;有两个PWM几乎重叠在一起&＃xff0c;这样的话只能采样到一相电流&＃xff0c;不能重构出三相&＃xff0c;导致采样错误

 解决方法有很多&＃xff0c;如ST的方案是通过PWM变形&＃xff0c;空出采样窗口&＃xff0c;也有通过移相空出采样窗口&＃xff0c;对于不同的MCU需要配合ADC和定时器的功能进行合理安排。这里仿真通过移相的方式来进行处理。如下图所示&＃xff1a; 不管是移相&＃xff0c;还是ST的变形操作&＃xff0c;目的就是错出采样窗口&＃xff0c;达到一个周期采样两相电流的目的。

通过移相后&＃xff0c;重构出来的三相电流如下&＃xff1a;

 到此&＃xff0c;Simulink仿真的单电阻电流重构原理就实现了​​​​​

1. 输出电压会被限制&＃xff0c;也就是说相比于双电阻或三电阻&＃xff0c;单电阻的电压利用率会低一些&＃xff0c;为了空出足够的采样窗口&＃xff0c;不能把占空比跑太满&＃xff0c;实际硬件中需要考虑开关产生的振荡&＃xff0c;而仿真的电流是很理想的&＃xff0c;实际硬件一般振荡会有2-3us&＃xff0c;取决于硬件特性&＃xff0c;需要在实际的硬件上测量。

2. 低调制比的时候三相下桥几乎相等&＃xff0c;需要移相的时候错出两个采样窗口, 会引入一定的谐波。

3 . 有些MCU需要考虑定时器和ADC是否能完成触发和移相的操作&＃xff0c;至于于变形目前就ST和NXP的MCU有此功能。

4. 实际的单电阻谐波会有些大&＃xff0c;有时候用于3电阻采样的电流滤波电路参数可以正常工作&＃xff0c;但是才用单电阻后需要调整&＃xff0c;避免电流采样波形不干净。

从仿真看单电阻难点在地硬件的优化&＃xff0c;软件采样点的选取等&＃xff0c;还有FOC的执行效率。这里通过仿真把基础原理实现&＃xff0c;硬件上跑还需要考虑PWM发波和ADC的触发机制。对于观测器和其他的电机算法完全可以适用于单电阻。