ZHCUCJ3A October   2024  – December 2024

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1评估模块概述
    1. 1.1 简介
    2. 1.2 套件内容
    3. 1.3 规格
    4. 1.4 器件信息
    5.     通用德州仪器 (TI) 高压评估 (TI HV EVM) 用户安全指南
  7. 2硬件
    1. 2.1 硬件说明
      1. 2.1.1 辅助电源
      2. 2.1.2 直流链路电压检测
      3. 2.1.3 电机相电压检测
      4. 2.1.4 电机相电流检测
        1. 2.1.4.1 三分流器电流检测
        2. 2.1.4.2 单分流器电流检测
      5. 2.1.5 外部过流保护
      6. 2.1.6 TMS320F2800F137 的内部过流保护
    2. 2.2 入门硬件
      1. 2.2.1 测试条件和设备
      2. 2.2.2 测试设置
  8. 3电机控制软件
    1. 3.1 三相 PMSM 驱动系统设计理论
      1. 3.1.1 PMSM 的磁场定向控制
        1. 3.1.1.1 空间矢量定义和投影
          1. 3.1.1.1.1 ( a ,   b ) ⇒ ( α , β ) Clarke 变换
          2. 3.1.1.1.2 ( α , β ) ⇒ ( d ,   q ) Park 变换
        2. 3.1.1.2 交流电机 FOC 基本配置方案
        3. 3.1.1.3 转子磁通位置
      2. 3.1.2 PM 同步电机的无传感器控制
        1. 3.1.2.1 具有锁相环的增强型滑模观测器
          1. 3.1.2.1.1 IPMSM 的数学模型和 FOC 结构
          2. 3.1.2.1.2 IPMS 的 ESMO 设计
            1. 3.1.2.1.2.1 使用 PLL 的转子位置和转速估算
      3. 3.1.3 弱磁 (FW) 和每安培最大扭矩 (MTPA) 控制
    2. 3.2 软件入门
      1. 3.2.1 GUI
      2. 3.2.2 下载并安装 C2000 软件
      3. 3.2.3 使用软件
      4. 3.2.4 工程结构
  9. 4测试过程和结果
    1. 4.1 构建级别 1：CPU 和电路板设置
    2. 4.2 构建级别 2：带 ADC 反馈的开环检查
    3. 4.3 构建级别 3：闭合电流环路检查
    4. 4.4 构建级别 4：完整电机驱动控制
    5. 4.5 测试程序
      1. 4.5.1 启动
      2. 4.5.2 构建和加载工程
      3. 4.5.3 设置调试环境窗口
      4. 4.5.4 运行代码
        1. 4.5.4.1 构建级别 1 测试程序
        2. 4.5.4.2 构建级别 2 测试程序
        3. 4.5.4.3 构建级别 3 测试程序
        4. 4.5.4.4 构建级别 4 测试程序
          1. 4.5.4.4.1 调整电机驱动 FOC 参数
          2. 4.5.4.4.2 调整弱磁和 MTPA 控制参数
          3. 4.5.4.4.3 调整电流检测参数
    6. 4.6 性能数据和结果
      1. 4.6.1 负载和热力测试
      2. 4.6.2 通过外部比较器进行过流保护
      3. 4.6.3 通过内部 CMPSS 进行过流保护
  10. 5硬件设计文件
    1. 5.1 原理图
    2. 5.2 PCB 布局
    3. 5.3 物料清单 (BOM)
  11. 6其他信息
    1. 6.1 已知硬件或软件问题
    2. 6.2 商标
    3. 6.3 术语
  12. 7参考资料
  13. 8修订历史记录

3.1.1 PMSM 的磁场定向控制

为了实现更好的动态性能，需要采用更加复杂的控制方案来控制电机。借助微控制器提供的数学处理能力，可以实施先进的控制策略，这些策略使用数学变换将永磁电机中的扭矩生成和磁化功能解耦。这种解耦的扭矩和磁化控制通常称为转子磁通定向控制、矢量控制，或简称磁场定向控制 (FOC)。

在直流 (DC) 电机中，定子和转子的励磁是独立控制的，产生的扭矩和磁通可以独立调整，如图 3-2 所示。磁场激励强度（例如，磁场激励电流的振幅）决定了磁通的大小。通过转子绕组的电流确定了扭矩是如何生成。转子上的换向器在扭矩产生过程中发挥着有趣的作用。换向器与电刷接触，这个机械构造旨在将电路切换至机械对齐的绕组以产生最大的扭矩。这样的安排意味着，电机的扭矩产生在任何时候都非常接近于理想情况。这里的关键点是，通过管理绕组以保持转子绕组产生的磁通与定子磁场垂直。

TIEVM-MTR-HVINV 在直流电机模型中磁通和扭矩是独立控制的图 3-2 在直流电机模型中磁通和扭矩是独立控制的

同步和异步电机上 FOC 的目的在于能够分别控制扭矩生成分量和磁化磁通分量。FOC 算法可实现扭矩和定子电流磁化磁通分量的解耦。借助于磁化的去耦合控制，定子磁通的扭矩生成分量现在可以被看成是独立扭矩控制。为了将扭矩和磁通解耦，有必要进行若干数学变换，此时微控制器便会充分发挥其价值。利用微控制器提供的处理能力，可以非常快速地执行使这些数学变换。相应地，这意味着控制电机的整个算法可以高速执行，从而实现更高的动态性能。除了解耦，还可以使用电机的动态模型来计算很多值，如转子磁通角和转子速度，从而提高控制质量。

根据电磁定律，同步电机中产生的扭矩等于两个现有磁场的矢量叉积，如方程式 15 所示。

方程式 15. τem=B→stator×B→rotor

该表达式表明，如果定子和转子磁场正交，即呈 90 度，则扭矩最大。如果可以一直保持此条件且磁通可以正确定向，则会减小扭矩波动并提供更好的动态响应。然而，若要如此，必须知道转子位置：这可以通过物理位置传感器（如增量编码器）或无传感器转子位置观测器来实现。

为了实现定子磁通与转子磁通正交对齐的目标，（直接，正交）旋转坐标系中定子电流的 d 轴分量应设置为零。(d, q) 旋转坐标系在节 3.1.1.1.2中有更详细的说明。当此条件为真时，定子磁通和转子磁通正交对齐。定子电流的 d 轴分量还可以在某些情况下用于弱磁，这样可以减少反电动势，使电机以更高的速度运行。

FOC 包含控制由一个矢量表示的定子电流。这个控制所基于的设计是，将三相时间和速度相关系统变换为两坐标（d 和 q 坐标）非时变系统。这些设计导致一个与 DC 机器控制结构相似的结构。FOC 电机需要两个常量作为输入基准：转矩分量（与 q 坐标对齐）和磁通分量（与 d 坐标对齐）。由于 FOC 完全基于这些设计，此控制结构处理即时电量。这使得在每次的工作运转过程中（稳定状态和瞬态）均可实现准确控制，并且与受限带宽数学模型无关。因此，FOC 通过以下方式解决了经典电机控制方案存在的问题：

  • 轻松达到恒定基准（定子电流的扭矩分量和磁通分量）
  • 轻松应用直接扭矩控制，这是因为在 (d, q) 坐标系中，扭矩的表达式定义如方程式 16 所示。
    方程式 16. τem∝ψR×isq

通过将转子磁通 (ψR) 的振幅保持在一个固定值，在扭矩和扭矩分量 (iSq) 之间实现线性关系。因此，可通过控制定子电流矢量的转矩分量来控制转矩。