ZHCUD60 July   2025

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 术语
    2. 1.2 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1  TMS320F2800137
      2. 2.3.2  LMG3651R025
      3. 2.3.3  LMG2650
      4. 2.3.4  TMCS1126
      5. 2.3.5  ISO6721
      6. 2.3.6  UCC28881
      7. 2.3.7  UCC27712
      8. 2.3.8  TPS562206
      9. 2.3.9  TLV9062
      10. 2.3.10 TLV74033
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 图腾柱 PFC
      1. 3.1.1 电感器额定值
      2. 3.1.2 交流电压检测
      3. 3.1.3 直流链路电压检测
      4. 3.1.4 交流电流检测
      5. 3.1.5 直流链路电容器额定值
    2. 3.2 三相 PMSM 驱动器
      1. 3.2.1 PM 同步电机的磁场定向控制
        1. 3.2.1.1 空间矢量定义和投影
        2. 3.2.1.2 Clarke 变换
        3. 3.2.1.3 Park 变换
        4. 3.2.1.4 交流电机 FOC 基本配置方案
        5. 3.2.1.5 转子磁通位置
      2. 3.2.2 PM 同步电机的无传感器控制
        1. 3.2.2.1 具有锁相环的增强型滑模观测器
          1. 3.2.2.1.1 IPMSM 的数学模型和 FOC 结构
          2. 3.2.2.1.2 IPMSM 的 ESMO 设计
          3. 3.2.2.1.3 使用 PLL 的转子位置和转速估算
      3. 3.2.3 电机驱动器的硬件必要条件
        1. 3.2.3.1 采用三分流器的电流检测
        2. 3.2.3.2 电机电压反馈
  10. 4硬件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件要求
      1. 4.1.1 硬件板概述
      2. 4.1.2 测试条件
      3. 4.1.3 电路板验证所需的测试设备
    2. 4.2 测试设置
    3. 4.3 测试结果
      1. 4.3.1 函数波形
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 物料清单
      3. 5.1.3 Altium 工程
      4. 5.1.4 Gerber 文件
      5. 5.1.5 PCB 布局建议
    2. 5.2 工具
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6作者简介
3.2.2.1.1 IPMSM 的数学模型和 FOC 结构

图 3-14 显示了 IPMSM 的无传感器 FOC 结构。在该系统中，eSMO 用于实现 IPMSM 系统的无传感器控制，eSMO 模型是利用反电动势模型和 PLL 模型设计的，用于估算转子位置和转速。

TIDA-010282 IPMSM 系统的无传感器 FOC 结构图 3-14 IPMSM 系统的无传感器 FOC 结构

IPMSM 由一个三相定子绕组（a、b、c 轴）和用于励磁的永磁体 (PM) 转子组成。电机由标准的三相逆变器进行控制。可以使用相位 a-b-c 量对 IPMSM 进行建模。通过适当的坐标变换，可以得到 d-q 转子坐标系和 α-β 静止坐标系中的动态 PMSM 模型。这些坐标系之间的关系如方程式 27 所示。通用 PMSM 的动态模型可以在 d-q 转子坐标系中写为：

方程式 27. v d v q = R s + p L d - ω e L q ω e L d R s + p L q i d i q + 0 ω e λ p m

其中

  • vd 和 vq 分别是 q 轴和 d 轴定子端电压
  • id 和 iq 分别是 d 轴和 q 轴定子电流
  • Ld 和 Lq 分别是 q 轴和 d 轴电感
  • p 是导数算子，用于简写 d/dt
  • λpm 是永磁体产生的磁链
  • Rs 是定子绕组的电阻
  • ωe 是转子的电角速度
TIDA-010282 PMSM 建模坐标系的定义图 3-15 PMSM 建模坐标系的定义

通过使用如图 3-15 所示的 Park 逆变换，PMSM 的动力学可以在 α-β 静止坐标系中建模为：

方程式 28. v α v β = R s + p L d ω e ( L d - L q ) - ω e ( L d - L q ) R s + p L q i α i β + e α e β

其中

  • eα 和 eβ 是 α-β 轴上扩展电动势 (EEMF) 的分量，可以按照 方程式 29 中所示进行定义。
方程式 29. e α e β = λ p m + L d - L q i d ω e - s i n ( θ e ) c o s ( θ e )

根据方程式 28 和方程式 29，通过等效变换和引入 EEMF 概念，可以将转子位置信息从电感矩阵中解耦出来，从而使 EEMF 成为唯一包含转子磁极位置信息的项。现在可以直接利用 EEMF 相位信息实现转子位置观测。使用定子电流作为状态变量，将 IPMSM 电压公式方程式 28 改写为状态公式：

方程式 30. i ˙ α i ˙ β = 1 L d - R s - ω e ( L d - L q ) ω e ( L d - L q ) - R s i α i β + 1 L d V α - e α V β - e β

由于定子电流是唯一可以直接测量的物理量，因此在定子电流路径上选择滑动面：

方程式 31. S x = i ^ α - i α i ^ β - i β = i ~ α i ~ β

其中

  • Îα 和 îβ 是估算的电流
  • 上标 ^ 表示变量为估算值
  • 上标“˜”表示变量为变量误差，即观测值与实际测量值之间的差异