ZHCUCS5A January   2025  – March 2025 MSPM0G3507

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2硬件设置
    1. 2.1  EVM 硬件设置
      1. 2.1.1 EVM 硬件支持
    2. 2.2  IPD 使用的外设配置
    3. 2.3  PWM 输出的引脚配置
    4. 2.4  ADC 电流的引脚配置
    5. 2.5  ADC 电压的引脚配置
    6. 2.6  有关故障的引脚配置
    7. 2.7  GPIO 输出功能的引脚配置
    8. 2.8  SPI 通信的引脚配置
    9. 2.9  UART 通信的引脚配置
    10. 2.10 评估板的外部连接
  6. 3软件设置
  7. 4GUI 设置
    1. 4.1 串行端口配置
    2. 4.2 GUI 主页
    3. 4.3 系统配置
    4. 4.4 寄存器映射
    5. 4.5 电机调优页面
    6. 4.6 配套资料页面
    7. 4.7 加载和保存寄存器配置
  8. 5寄存器映射
    1. 5.1 GUI 中的寄存器映射页面
    2. 5.2 用户控制寄存器（基址 = 0x20200400h）
      1. 5.2.1 速度控制寄存器（偏移 = 0h）[复位 = 00000000h]
      2. 5.2.2 算法调试控制 1 寄存器（偏移 = 4h）[复位 = 00000000h]
      3. 5.2.3 算法调试控制 2 寄存器（偏移 = 8h）[复位 = 00000000h]
      4. 5.2.4 算法调试控制 3 寄存器（偏移 = Ch）[复位 = 00000000h]
      5. 5.2.5 DAC 配置寄存器（偏移 = 10h）[复位 = 00000000h]
    3. 5.3 用户输入寄存器（基址 = 0x20200000h）
      1. 5.3.1  SYSTEM_PARAMETERS（偏移 = 0h）
      2. 5.3.2  ISD_CONFIG 寄存器（偏移 = 3Ch）[复位 = 00000000h]
      3. 5.3.3  MOTOR_STARTUP1 寄存器（偏移 = 40h）[复位 = 00000000h]
      4. 5.3.4  MOTOR_STARTUP2 寄存器（偏移 = 44h）[复位 = 00000000h]
      5. 5.3.5  CLOSED_LOOP1 寄存器（偏移 = 48h）[复位 = 00000000h]
      6. 5.3.6  CLOSED_LOOP2 寄存器（偏移 = 4Ch）[复位 = 00000000h]
      7. 5.3.7  FIELD_CTRL 寄存器（偏移 = 50h）[复位 = 00000000h]
      8. 5.3.8  FAULT_CONFIG1 寄存器（偏移 = 54h）[复位 = 00000000h]
      9. 5.3.9  FAULT_CONFIG2 寄存器（偏移 = 58h）[复位 = 00000000h]
      10. 5.3.10 MISC_ALGO 寄存器（偏移 = 5Ch）[复位 = 00000000h]
      11. 5.3.11 PIN_CONFIG 寄存器（偏移 =60h）[复位 = 00000000h]
      12. 5.3.12 PERI_CONFIG 寄存器（偏移 = 64h）[复位 = 00000000h]
    4. 5.4 用户状态寄存器（基址 = 0x20200430h）
  9. 6基本调优
    1. 6.1 系统配置参数
      1. 6.1.1 从 GUI 配置系统参数
      2. 6.1.2 以毫欧 (mΩ) 为单位的电机电阻
      3. 6.1.3 以微亨 (μH) 为单位的电机电感
      4. 6.1.4 IPMSM 电机的凸极
      5. 6.1.5 电机 BEMF 常数
      6. 6.1.6 基极电压 (V)
      7. 6.1.7 基极电流 (A)
      8. 6.1.8 最大电机频率 (Hz)
      9. 6.1.9 最大电机功率 (W)
    2. 6.2 基本电机旋转的控制配置
      1. 6.2.1 基本电机启动
        1. 6.2.1.1 禁用 ISD
        2. 6.2.1.2 电机启动选项 - 对齐
        3. 6.2.1.3 电机开环斜坡
        4. 6.2.1.4 电机开环调试
      2. 6.2.2 用于在闭环中旋转电机的控制器配置
        1. 6.2.2.1 用于无传感器转子位置检测的 BEMF 估算
          1. 6.2.2.1.1 增强型滑模观测器
          2. 6.2.2.1.2 基于电机模型的有限 BEMF 估算
        2. 6.2.2.2 使用 PLL 的转子位置和转速估算
        3. 6.2.2.3 针对闭环速度控制的 PI 控制器调优
          1. 6.2.2.3.1 电流环路 PI 调优
          2. 6.2.2.3.2 速度控制器调优
        4. 6.2.2.4 测试是否成功启动至闭环
    3. 6.3 故障处理
      1. 6.3.1 异常 BEMF 故障 [ABN_BEMF]
      2. 6.3.2 监控电源电压波动以防止电压越界故障
      3. 6.3.3 无电机故障 [NO_MTR]
  10. 7高级调优
    1. 7.1 控制配置调优
      1. 7.1.1  控制运行模式
        1. 7.1.1.1 闭环速度控制模式
        2. 7.1.1.2 闭环功率控制模式
        3. 7.1.1.3 闭环扭矩控制模式
        4. 7.1.1.4 电压控制模式
      2. 7.1.2  对电机进行初始速度检测，以实现可靠的电机重新同步
      3. 7.1.3  检测反向旋转的单向电机驱动
      4. 7.1.4  在启动期间防止转子回旋
        1. 7.1.4.1 选项 1：IPD
        2. 7.1.4.2 选项 2：慢速首循环
      5. 7.1.5  逐渐和平稳启动动作
      6. 7.1.6  缩短启动时间
        1. 7.1.6.1 选项 1：初始位置检测 (IPD)
        2. 7.1.6.2 选项 2：慢速首循环
      7. 7.1.7  快速停止电机
      8. 7.1.8  弱磁：以高于额定速度的速度运行电机
      9. 7.1.9  每安培最大扭矩：提高 IPMSM 电机的效率
      10. 7.1.10 在电机停止期间防止电源电压过冲。
      11. 7.1.11 保护电源
      12. 7.1.12 FOC 带宽选择
  11. 8硬件配置
    1. 8.1 方向配置
    2. 8.2 制动配置
    3. 8.3 Main.h 定义
      1. 8.3.1 检测放大器配置
      2. 8.3.2 驱动器传播延迟
      3. 8.3.3 驱动器最小导通时间
      4. 8.3.4 电流分流配置选择
        1. 8.3.4.1 三分流器配置
        2. 8.3.4.2 双分流器配置
        3. 8.3.4.3 单分流器配置
      5. 8.3.5 CSA 偏移比例因子选择
    4. 8.4 实时变量跟踪
  12. 9修订历史记录
6.2.2.1.1 增强型滑模观测器

基于模型的 BEMF 估算方法用于实现 IPMSM 驱动系统在电机以中高速运行时的无位置传感器控制。模型法通过反电动势或磁链模型估算转子位置。滑动模式观测器是基于滑模控制的观测器设计方法。系统的结构不是固定的，而是根据系统的当前状态有目的地改变，迫使系统按照预定的滑模轨迹运动。优点包括响应速度快、稳健性高以及对参数变化和干扰不敏感。


基于滑模观测器的 BEMF 估算

图 6-13 基于滑模观测器的 BEMF 估算

在数字控制应用中，需要使用 SMO 的时间离散方程。欧拉法是变换为时间离散观测器的合适方法。静止坐标系中给出了电机模型的时间离散系统矩阵，如 方程式 11 中所示。

方程式 11. i ̂ α   n + 1 i ̂ β ( n + 1 )   =   F s m o i ̂ α   n i ̂ β ( n )   +   G s m o V α   n   -   e ̂ α   n   -   z α   n V β   n   -   e ̂ β   n   -     z β   n

其中，Fsmo 和 Gsmo 是根据电机参数定义的常数，如下所示。

方程式 12. F s m o   =   e - R L   ,   G s m o   =   1 R 1 - e - R L

z α   和 z β 是滑模分量，其定义为：

方程式 13. z α   z β   =   K s l i d e s i g n ( i ̂ α   -   i α ) s i g n ( i ̂ β   -   i β )

其中 Kslide 是通过李雅普诺夫稳定性分析设计的恒定滑模增益。可使用系统参数调整 Kslide 值。较高的 Kslide 可更快地追踪滑动表面电流，但具有非常高的 Kslide 会由于开关噪声而导致 BEMF 估算出现误差。

以下公式表示滤波 BEMF 的时间离散形式。低通滤波器移除高频滑模输出，其中截止频率 f c 通常被选为定子电流的基频。这会引入 45 度的相移，可从估算的转子位置进行补偿。

方程式 14. e ̂ α   n + 1 e ̂ β   n + 1   =   e ̂ α   n e ̂ β   n   +   2 π f c z α   n   -   e ̂ α   n z β   n   -   e ̂ β   n