電機(jī)控制算法的案例
這些電機(jī)控制算法，有人幫你整理好了！
控制算法
許多不同的控制算法都被用以提供對(duì)于BLDC電機(jī)的控制。典型地，將功率晶體管用作線性穩(wěn)壓器來(lái)控制電機(jī)電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)高功率電機(jī)時(shí)，這種方法并不實(shí)用。高功率電機(jī)必須采用PWM控制，并要求一個(gè)微控制器來(lái)提供起動(dòng)和控制功能。
控制算法必須提供下列三項(xiàng)功能：
用于控制電機(jī)速度的PWM電壓
用于對(duì)電機(jī)進(jìn)整流換向的機(jī)制
利用反電動(dòng)勢(shì)或霍爾傳感器來(lái)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)子位置的方法
脈沖寬度調(diào)制僅用于將可變電壓應(yīng)用到電機(jī)繞組。有效電壓與PWM占空度成正比。當(dāng)?shù)玫竭m當(dāng)?shù)恼鲹Q向時(shí)，BLDC的扭矩速度特性與一下直流電機(jī)相同。可以用可變電壓來(lái)控制電機(jī)的速度和可變轉(zhuǎn)矩。
功率晶體管的換向?qū)崿F(xiàn)了定子中的適當(dāng)繞組，可根據(jù)轉(zhuǎn)子位置生成最佳的轉(zhuǎn)矩。在一個(gè)BLDC電機(jī)中，MCU必須知道轉(zhuǎn)子的位置并能夠在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行整流換向。
BLDC電機(jī)的梯形整流換向
對(duì)于直流無(wú)刷電機(jī)的最簡(jiǎn)單的方法之一是采用所謂的
梯形整流換向
。
圖1：用于BLDC電機(jī)的梯形控制器的簡(jiǎn)化框架
在這個(gè)原理圖中，每一次要通過(guò)一對(duì)電機(jī)終端來(lái)控制電流，而第三個(gè)電機(jī)終端總是與電源電子性斷開(kāi)。
嵌入大電機(jī)中的三種霍爾器件用于提供數(shù)字信號(hào)，它們?cè)?0度的扇形區(qū)內(nèi)測(cè)量轉(zhuǎn)子位置，并在電機(jī)控制器上提供這些信息。由于每次兩個(gè)繞組上的電流量相等，而第三個(gè)繞組上的電流為零，這種方法僅能產(chǎn)生具有六個(gè)方向共中之一的電流空間矢量。隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)向，電機(jī)終端的電流在每轉(zhuǎn)60度時(shí)，電開(kāi)關(guān)一次（整流換向），因此電流空間矢量總是在90度相移的最接近30度的位置。
圖2：梯形控制：驅(qū)動(dòng)波形和整流處的轉(zhuǎn)矩
因此每個(gè)繞組的電流波型為梯形，從零開(kāi)始到正電流再到零然后再到負(fù)電流。
展開(kāi) 非常全面的電機(jī)控制總結(jié)！
一、BLDC電機(jī)控制算法
無(wú)刷電機(jī)屬于自換流型（自我方向轉(zhuǎn)換），因此控制起來(lái)更加復(fù)雜。
BLDC電機(jī)控制要求了解電機(jī)進(jìn)行整流轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)子位置和機(jī)制。對(duì)于閉環(huán)速度控制，有兩個(gè)附加要求，即對(duì)于轉(zhuǎn)子速度/或電機(jī)電流以及PWM信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，以控制電機(jī)速度功率。
BLDC電機(jī)可以根據(jù)應(yīng)用要求采用邊排列或中心排列PWM信號(hào)。大多數(shù)應(yīng)用僅要求速度變化操作，將采用6個(gè)獨(dú)立的邊排列PWM信號(hào)。這就提供了最高的分辨率。如果應(yīng)用要求服務(wù)器定位、能耗制動(dòng)或動(dòng)力倒轉(zhuǎn)，推薦使用補(bǔ)充的中心排列PWM信號(hào)。
為了感應(yīng)轉(zhuǎn)子位置，BLDC電機(jī)采用霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)提供絕對(duì)定位感應(yīng)。這就導(dǎo)致了更多線的使用和更高的成本。無(wú)傳感器BLDC控制省去了對(duì)于霍爾傳感器的需要，而是采用電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)(電動(dòng)勢(shì))來(lái)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)子位置。無(wú)傳感器控制對(duì)于像風(fēng)扇和泵這樣的低成本變速應(yīng)用至關(guān)重要。在采有BLDC電機(jī)時(shí)，冰箱和空調(diào)壓縮機(jī)也需要無(wú)傳感器控制。
空載時(shí)間的插入和補(bǔ)充
大多數(shù)BLDC電機(jī)不需要互補(bǔ)的PWM、空載時(shí)間插入或空載時(shí)間補(bǔ)償。可能會(huì)要求這些特性的BLDC應(yīng)用僅為高性能BLDC伺服電動(dòng)機(jī)、正弦波激勵(lì)式BLDC電機(jī)、無(wú)刷AC、或PC同步電機(jī)。
二、控制算法
許多不同的控制算法都被用以提供對(duì)于BLDC電機(jī)的控制。典型地，將功率晶體管用作線性穩(wěn)壓器來(lái)控制電機(jī)電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)高功率電機(jī)時(shí)，這種方法并不實(shí)用。高功率電機(jī)必須采用PWM控制，并要求一個(gè)微控制器來(lái)提供起動(dòng)和控制功能。
展開(kāi) 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真 附電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真下載
還是以永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型來(lái)說(shuō)明。
下圖是常規(guī)永磁同步電機(jī)控制的實(shí)際流程包括以下幾個(gè)步驟：
1 . 采樣和保持電機(jī)電流值，ADC轉(zhuǎn)換電機(jī)電流值；
2 . 讀取電機(jī)速度和位置值（圖中未標(biāo)出）；
3 . 運(yùn)行電機(jī)控制和SVPWM算法；
4 . 輸出和更新PWM占空比；
其中步驟1的電流采樣和步驟4的更新PWM占空比必須在同一時(shí)刻完成的。
PMSM電機(jī)控制的流程
因此我們可以知道，如何把電機(jī)控制算法看作一個(gè)任務(wù)，這個(gè)任務(wù)相對(duì)被控對(duì)象模型就是異步的。但是這個(gè)任務(wù)相對(duì)于PWM-Timer卻是同步的。
現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，下面我們就來(lái)進(jìn)行建模。
永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真參數(shù)
確定系統(tǒng)參數(shù)如下：
NO.
展開(kāi) 今晚 | ANSYS官方永磁同步電機(jī)電機(jī)的降階模型抽取和矢量控制電路仿真直播
在電機(jī)型號(hào)確定后，性能優(yōu)異的電機(jī)控制器將最大限度地發(fā)揮電機(jī)的效能。比如：
相對(duì)SPWM，采用SVPWM調(diào)制方法可以減小逆變器的開(kāi)關(guān)損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉(zhuǎn)矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機(jī)輸出最大的轉(zhuǎn)矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機(jī)本體及其控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)仿真平臺(tái)。用戶先采用ANSYS有限元軟件，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的電機(jī)本體，然后采用ANSYS特有的電機(jī)降階模型抽取方法，基于有限元精確仿真的結(jié)果，提取出高精度的電機(jī)ECE模型，無(wú)縫輸入到ANSYS系統(tǒng)仿真軟件，在系統(tǒng)仿真軟件中搭建矢量控制電路等控制電路，做到控制算法和系統(tǒng)與電機(jī)本體的最佳匹配，在開(kāi)發(fā)初期就可以對(duì)電機(jī)本體和控制系統(tǒng)作出有效評(píng)估。
對(duì)于只設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)的用戶，也可以向其電機(jī)供應(yīng)商索取與實(shí)際電機(jī)對(duì)應(yīng)高精度的電機(jī)ECE模型，進(jìn)行控制算法的仿真和優(yōu)化。電機(jī)ECE模型只高精度體現(xiàn)電機(jī)外部特性，而不會(huì)泄露供應(yīng)商實(shí)際的電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，在有效保護(hù)各方知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同時(shí)，又促進(jìn)了電機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家和控制器設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家的高效合作。
主要內(nèi)容綱要如下：
1. ANSYS電機(jī)本體及其控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)介紹
2. ANSYS永磁同步電機(jī)電機(jī)的降階模型抽取方法
3. ANSYS 結(jié)合電機(jī)本體高精度降階模型的矢量控制算法實(shí)現(xiàn)方法
報(bào)名方式
手機(jī)端請(qǐng)掃描二維碼報(bào)名
或者點(diǎn)擊報(bào)名：http://event.31huiyi.com/1727650456/index?c=jishulink
展開(kāi) 
ANSYS永磁同步電機(jī)電機(jī)的降階模型抽取和矢量控制電路仿真丨附招聘
用戶先采用ANSYS有限元軟件，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的電機(jī)本體，然后采用ANSYS特有的電機(jī)降階模型抽取方法，基于有限元精確仿真的結(jié)果，提取出高精度的電機(jī)ECE模型，無(wú)縫輸入到ANSYS系統(tǒng)仿真軟件，在系統(tǒng)仿真軟件中搭建矢量控制電路等控制電路，做到控制算法和系統(tǒng)與電機(jī)本體的最佳匹配，在開(kāi)發(fā)初期就可以對(duì)電機(jī)本體和控制系統(tǒng)作出有效評(píng)估。
對(duì)于只設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)的用戶，也可以向其電機(jī)供應(yīng)商索取與實(shí)際電機(jī)對(duì)應(yīng)高精度的電機(jī)ECE模型，進(jìn)行控制算法的仿真和優(yōu)化。電機(jī)ECE模型只高精度體現(xiàn)電機(jī)外部特性，而不會(huì)泄露供應(yīng)商實(shí)際的電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，在有效保護(hù)各方知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同時(shí)，又促進(jìn)了電機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家和控制器設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家的高效合作。
主要內(nèi)容綱要如下：
1. ANSYS電機(jī)本體及其控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)介紹
2. ANSYS永磁同步電機(jī)電機(jī)的降階模型抽取方法
3. ANSYS 結(jié)合電機(jī)本體高精度降階模型的矢量控制算法實(shí)現(xiàn)方法
報(bào)名方式
手機(jī)端請(qǐng)掃描二維碼報(bào)名
或者點(diǎn)擊進(jìn)行報(bào)名：http://event.31huiyi.com/1727650456/index?c=jishulink
ANSYS官方招聘信息
招聘 | ANSYS合作伙伴正在招募電磁仿真應(yīng)用工程師
ANSYS是工程仿真解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者，致力于通過(guò) “無(wú)所不在的仿真” 打造健康可持續(xù)的生態(tài)圈，這離不開(kāi)客戶、合作伙伴、高校以及各相關(guān)組織的積極參與和合作，如今，ANSYS在中國(guó)已經(jīng)與40多家合作伙伴建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系。
展開(kāi) 【招聘】資深電機(jī)控制算法工程師
深圳企業(yè)招聘，我們是PCB（印刷線路板）專用生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域研產(chǎn)銷一體的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，2022年深交所創(chuàng)業(yè)板上市，歡迎投遞~
聯(lián)系人張先生微信：18529507720
永磁同步電機(jī)降階模型抽取和矢量控制算法仿真
1 前言
在電機(jī)設(shè)計(jì)特別是新能源汽車永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常需將電機(jī)與控制系統(tǒng)進(jìn)行矢量控制算法聯(lián)合仿真，以得到更加精確得仿真分析結(jié)果。控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過(guò)程中，由于控制器開(kāi)關(guān)頻率高，仿真步長(zhǎng)短，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，如果直接將有限元模型直接與控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合仿真，仿真時(shí)間跟速度通常無(wú)法滿足工程需要。為此，介紹一種永磁同步電機(jī)降階模型抽取方法，通過(guò)對(duì)永磁電機(jī)有限元結(jié)果進(jìn)行降階抽取，等效抽取的結(jié)果是基于有限元計(jì)算得到的數(shù)據(jù)表，在控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過(guò)程中只需通過(guò)查表得方法就能得到電機(jī)得性能，因此將抽取后的結(jié)果應(yīng)用到系統(tǒng)仿真中，既保證了精度也提高了速度。
控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真電路模型
2 永磁同步電機(jī)降階模型原理
將永磁同步電機(jī)的電流及轉(zhuǎn)子位置角度進(jìn)行掃描，在有限元里面進(jìn)行分析計(jì)算，得到永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩跟磁鏈結(jié)果，將這些結(jié)果保存在一個(gè)數(shù)據(jù)表中，由于轉(zhuǎn)矩跟磁通結(jié)果是經(jīng)過(guò)有限元計(jì)算得到的，因此數(shù)據(jù)表的精度非常高。若將這個(gè)數(shù)據(jù)表放到控制系統(tǒng)仿真當(dāng)中，則計(jì)算結(jié)果非常快，只需在里面查表就可得到電機(jī)的電磁性能。
在Maxwell有限元場(chǎng)計(jì)算中，有限元模型對(duì)電流和轉(zhuǎn)子位置角掃描，掃描后得到的有限元結(jié)果通過(guò)降階模型保存在數(shù)據(jù)表中形成ECE模型，可將ECE模型直接在Simplorer(Twin-Builder)進(jìn)行分析計(jì)算，也可以將ECE模型送到控制當(dāng)中進(jìn)行高級(jí)控制系統(tǒng)仿真。
由于抽取的ECE結(jié)果是基于有限元計(jì)算得到的，因此ECE結(jié)果精度非常高，與有限元結(jié)果幾乎一樣。
ECE與FEA結(jié)果對(duì)比
3 永磁同步電機(jī)降階模型簡(jiǎn)介
ECE模型又稱ROM降階模型、狀態(tài)空間模型，它是基于表格的電路模型，表格參數(shù)來(lái)源于預(yù)先的有限元計(jì)算結(jié)果。
展開(kāi) 永磁同步電機(jī)降階模型抽取和矢量控制算法仿真
1 前言
在電機(jī)設(shè)計(jì)特別是新能源汽車永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常需將電機(jī)與控制系統(tǒng)進(jìn)行矢量控制算法聯(lián)合仿真，以得到更加精確得仿真分析結(jié)果。控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過(guò)程中，由于控制器開(kāi)關(guān)頻率高，仿真步長(zhǎng)短，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，如果直接將有限元模型直接與控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合仿真，仿真時(shí)間跟速度通常無(wú)法滿足工程需要。為此，介紹一種永磁同步電機(jī)降階模型抽取方法，通過(guò)對(duì)永磁電機(jī)有限元結(jié)果進(jìn)行降階抽取，等效抽取的結(jié)果是基于有限元計(jì)算得到的數(shù)據(jù)表，在控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過(guò)程中只需通過(guò)查表得方法就能得到電機(jī)得性能，因此將抽取后的結(jié)果應(yīng)用到系統(tǒng)仿真中，既保證了精度也提高了速度。
控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真電路模型
2 永磁同步電機(jī)降階模型原理
將永磁同步電機(jī)的電流及轉(zhuǎn)子位置角度進(jìn)行掃描，在有限元里面進(jìn)行分析計(jì)算，得到永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩跟磁鏈結(jié)果，將這些結(jié)果保存在一個(gè)數(shù)據(jù)表中，由于轉(zhuǎn)矩跟磁通結(jié)果是經(jīng)過(guò)有限元計(jì)算得到的，因此數(shù)據(jù)表的精度非常高。若將這個(gè)數(shù)據(jù)表放到控制系統(tǒng)仿真當(dāng)中，則計(jì)算結(jié)果非?？?，只需在里面查表就可得到電機(jī)的電磁性能。
在Maxwell有限元場(chǎng)計(jì)算中，有限元模型對(duì)電流和轉(zhuǎn)子位置角掃描，掃描后得到的有限元結(jié)果通過(guò)降階模型保存在數(shù)據(jù)表中形成ECE模型，可將ECE模型直接在Simplorer(Twin-Builder)進(jìn)行分析計(jì)算，也可以將ECE模型送到控制當(dāng)中進(jìn)行高級(jí)控制系統(tǒng)仿真。
由于抽取的ECE結(jié)果是基于有限元計(jì)算得到的，因此ECE結(jié)果精度非常高，與有限元結(jié)果幾乎一樣。
ECE與FEA結(jié)果對(duì)比
3 永磁同步電機(jī)降階模型簡(jiǎn)介
ECE模型又稱ROM降階模型、狀態(tài)空間模型，它是基于表格的電路模型，表格參數(shù)來(lái)源于預(yù)先的有限元計(jì)算結(jié)果。
展開(kāi) 基于AUTOSAR的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)報(bào)告
其中，應(yīng)用層通過(guò)MATLAB/Simulink 搭建電機(jī)控制模型并生成軟件代碼，基礎(chǔ)軟件層通過(guò)調(diào)用英飛凌底層驅(qū)動(dòng)軟件包編程實(shí)現(xiàn)外設(shè)功能模塊驅(qū)動(dòng)，實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境通過(guò)自定義接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)不同軟件層之間的數(shù)據(jù)交流和服務(wù)調(diào)用。
電機(jī)控制軟件架構(gòu)
傳統(tǒng)的電機(jī)控制，尤其在自動(dòng)化領(lǐng)域，軟件開(kāi)發(fā)分層不明顯，軟件和硬件之間的嵌套關(guān)系耦合嚴(yán)重，這就使得軟件在開(kāi)發(fā)過(guò)程中一旦遇到問(wèn)題和缺陷，難以確定問(wèn)題產(chǎn)生的原因在于硬件驅(qū)動(dòng)程序還是軟件算法設(shè)計(jì)，影響軟件開(kāi)發(fā)效率，提高開(kāi)發(fā)成本，同樣也會(huì)使軟件存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)。AUTOSAR 是以軟件分層和模塊劃分的方式實(shí)現(xiàn)軟硬件分離的汽車開(kāi)放式架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，將系統(tǒng)軟件架構(gòu)劃分為應(yīng)用軟件層（APP）、基礎(chǔ)軟件層（BSW）和實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境層（RTE）。如下圖所示：
在電機(jī)控制系統(tǒng)中，與電機(jī)控制功能相關(guān)的電機(jī)控制算法、電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)、安全監(jiān)控等功能可作為應(yīng)用程序與 AUTOSAR 架構(gòu)中的應(yīng)用軟件層相對(duì)應(yīng)，應(yīng)用軟件層中又將不同的功能模塊以軟件組件 SWC的形式進(jìn)行封裝，便于設(shè)計(jì)者的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)?；A(chǔ)軟件層對(duì)應(yīng)于與電機(jī)控制相關(guān)的如控制器外設(shè)驅(qū)動(dòng)、通信服務(wù)和中斷服務(wù)等，將控制器硬件功能以模塊化進(jìn)行封裝，有利于其在不用硬件平臺(tái)間的移植。
展開(kāi) 基于AUTOSAR的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)報(bào)告
四、應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)（ASW）
應(yīng)用層軟件是電機(jī)控制算法及其安全監(jiān)控等功能的具體實(shí)現(xiàn)，需要先確定系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)，系統(tǒng)所包含的軟件組件 SWC 及其系統(tǒng)約束等。本系統(tǒng)的 ECU 即為電機(jī)控制器，并且根據(jù)相應(yīng)功能可將其軟件組件劃分為：電機(jī)控制算法 SWC、數(shù)據(jù)解算 SWC、安全監(jiān)控功能 SWC等軟件組件，如圖 2.3 所示，同時(shí)需要確定各軟件組件的數(shù)據(jù)輸入和輸出以及軟件組件之間的數(shù)據(jù)交流和服務(wù)調(diào)用。在應(yīng)用軟件層 APP 中，軟件組件劃分的目的是通過(guò)功能模塊劃分減少耦合，有利于系統(tǒng)軟件的更新與升級(jí)。
完成各個(gè)軟件組件設(shè)計(jì)后，需要設(shè)計(jì)其中的運(yùn)行實(shí)體RE（Runnable Entity），運(yùn)行實(shí)體是軟件組件的最小代碼片段，是軟件組件功能的具體實(shí)現(xiàn)。其中，數(shù)據(jù)解算軟件組件 SWC中，輸入數(shù)據(jù)包括從基礎(chǔ)軟件層獲得的電流采樣、轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)等，需要通過(guò)電流計(jì)算、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置解算的運(yùn)行實(shí)體 RE 得到相應(yīng)的電機(jī)相電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置等信號(hào)。
電機(jī)控制算法SWC包含電機(jī)控制策略，本文采用的電機(jī)控制算法為磁場(chǎng)矢量定向控制FOC（Field Oriented Control，F(xiàn)OC），控制框圖如圖 2.4 所示，將此框圖進(jìn)行功能劃分不同層次，分別與應(yīng)用層 APP、基礎(chǔ)軟件層 BSW 和實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境層 RTE 的分層架構(gòu)相對(duì)應(yīng)。可以看出，分層架構(gòu)的劃分實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制軟硬件的分離，使得軟件開(kāi)發(fā)者可以專注于系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)而無(wú)需考慮硬件相關(guān)問(wèn)題。安全監(jiān)控 SWC 則是針對(duì)電機(jī)過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測(cè)等運(yùn)行實(shí)體的設(shè)計(jì)。
展開(kāi) 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器功能安全架構(gòu)研究
將上述參數(shù)代入式（1）和式（2），并通過(guò)Matlab對(duì)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩與觀測(cè)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行電機(jī)系統(tǒng)仿真，仿真結(jié)果如圖4~圖6所示。
從上述仿真結(jié)果可知，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)在低速、額定轉(zhuǎn)速、峰值轉(zhuǎn)速工況下，試驗(yàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的觀測(cè)值與實(shí)際值均非常接近。對(duì)應(yīng)的臺(tái)架測(cè)試結(jié)果如圖7~圖9所示，可以看出，在實(shí)際工況中，轉(zhuǎn)矩觀測(cè)的結(jié)果與仿真結(jié)果類似。
綜上所述，該理論可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件層面EGAS架構(gòu)中Level2層的安全目標(biāo)，即“實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的正確監(jiān)控”。
2.3 單核鎖步微處理器的安全架構(gòu)實(shí)現(xiàn)
單核鎖步微處理器的系統(tǒng)安全架構(gòu)如圖10所示。圖中虛線框內(nèi)的部分為實(shí)現(xiàn)該安全目標(biāo)所需要考慮的架構(gòu)部分。其中，藍(lán)色陰影部分的為通過(guò)ASIL分解后需要按照ASILC（C）進(jìn)行開(kāi)發(fā)的模塊，其他為按照QM（C）進(jìn)行開(kāi)發(fā)的模塊。
該系統(tǒng)在硬件層面按照EGAS的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體如下：電流、電壓、旋變解碼信號(hào)采用雙路模式送入控制芯片，一路用于執(zhí)行電機(jī)控制算法，產(chǎn)生PWM信號(hào)，完成轉(zhuǎn)矩的輸出（Level1），另一路用于對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行監(jiān)控和診斷（Level2）；帶看門狗（問(wèn)答式時(shí)窗狗）的電源芯片完成對(duì)電源和芯片的程序流進(jìn)行監(jiān)控（Level3），當(dāng)檢測(cè)到故障后產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)送入微處理器，并由電源芯片直接封鎖PWM脈沖處理電路的輸出。
由于單核鎖步微處理器存在芯片內(nèi)部資源的共享，因此軟件的EGAS架構(gòu)設(shè)計(jì)難度較大；確保軟件在空間和程序流上的獨(dú)立難度大，使得執(zhí)行基本功能的函數(shù)可能會(huì)對(duì)執(zhí)行安全功能的函數(shù)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致系統(tǒng)性失效。為了降低單核鎖步微處理器功能安全軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的難度，可以采用多核鎖步微處理器或雙芯片微處理的安全架構(gòu)。
展開(kāi) 
步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制解析
步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)及發(fā)展概況
作為一種控制用的特種電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)無(wú)法直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。在微電子技術(shù)，特別計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展以前，控制器脈沖信號(hào)發(fā)生器完全由硬件實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)采用單獨(dú)的元件或者集成電路組成控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路。這就使得需要針對(duì)不同的電機(jī)開(kāi)發(fā)不同的驅(qū)動(dòng)器，開(kāi)發(fā)難度和開(kāi)發(fā)成本都很高，控制難度較大，限制了步進(jìn)電機(jī)的推廣。
由于步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)把電脈沖轉(zhuǎn)換成離散的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，具有很好的數(shù)據(jù)控制特性，因此，計(jì)算機(jī)成為步進(jìn)電機(jī)的理想驅(qū)動(dòng)源，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軟硬件結(jié)合的控制方式成為了主流，即通過(guò)程序產(chǎn)生控制脈沖，驅(qū)動(dòng)硬件電路。單片機(jī)通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，更好地挖掘出了電機(jī)的潛力。因此，用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì)，也符合數(shù)字化的時(shí)代趨。
步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的電流式控制方法是檢測(cè)流經(jīng)繞組的電流，并將反饋信號(hào)送到控制芯片，然后由控制芯片決定是增加還是降低繞組電流，以取得所需的電流強(qiáng)度。這種控制方法使電機(jī)在寬轉(zhuǎn)速和寬電源電壓范圍內(nèi)保持理想的轉(zhuǎn)矩，非常適用于全步進(jìn)和半步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常容易。
閉環(huán)控制電路將電流施加到繞組。反電動(dòng)勢(shì)（BEMF）會(huì)降低繞組電壓，延長(zhǎng)電流達(dá)到理想值的時(shí)間，因此，反電動(dòng)勢(shì)限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。雖然系統(tǒng)無(wú)需知道反電動(dòng)勢(shì)值，但是，不重視且不修正這個(gè)數(shù)值將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低。
因?yàn)殡娫措妷鹤兓瘜?dǎo)致峰值電流有時(shí)波動(dòng)幅度很大，所以，直到現(xiàn)在，工程師還是盡量避免使用電壓式控制方法。工程師們還想避免反電動(dòng)勢(shì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加而升高的問(wèn)題。
在這種情況下，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了能夠補(bǔ)償反電動(dòng)勢(shì)的智能電壓式控制系統(tǒng)。
展開(kāi) 汽車電機(jī)控制方案—單相無(wú)刷直流電機(jī)
其特性如下：
無(wú)需外部電源芯片，集成電源管理模塊為芯片內(nèi)部、外部提供電源供應(yīng)；
無(wú)需外部MOS驅(qū)動(dòng)芯片，集成的MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)單元；
高壓輸入接口，PWM可通過(guò)LIN接口輸入，無(wú)需外部電平轉(zhuǎn)換電路；
MCU的EVDD引腳可供電給霍爾傳感器；
極少器件：4個(gè)H橋MOS，實(shí)際采用兩個(gè)Dual Die封裝的N-MOS即可，1個(gè)防反接MOS，可根據(jù)客戶需要設(shè)計(jì)其他防反接電路；1個(gè)霍爾傳感器，用于采集電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
圖4 方案框圖
?
ZLG基于Magniv S12ZVMB系列推出了單相無(wú)刷直流電機(jī)控制方案，具有集成度高、BOM器件少、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。其特性如下：
符合AEC-Q100的電機(jī)專用芯片
單霍爾接口電路
防反接保護(hù)電路
單面放置器件
單線雙向PWM調(diào)速、通訊及故障反饋
FreeMASTER可視化調(diào)試/配置
靜態(tài)電流小于3mA
工作溫度-40°C至150°C
過(guò)壓、欠壓、過(guò)流等故障檢測(cè)電路
堵轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)、低速、過(guò)溫等故障保護(hù)算法
可定制調(diào)速方式及協(xié)議
完整的軟件/硬件設(shè)計(jì)參考
圖5 實(shí)物
5
結(jié)語(yǔ)
ZLG推出的單相無(wú)刷直流電機(jī)控制解決方案，硬件上使用高集成度MCU、全汽車級(jí)器件，軟件上使用高效率驅(qū)動(dòng)算法，具有全面的檢測(cè)保護(hù)機(jī)制，提供完整C代碼支持，可以作為廠商在單相直流無(wú)刷電機(jī)控制中的快速開(kāi)發(fā)參考設(shè)計(jì)。
展開(kāi) 集成式電機(jī)控制器選型設(shè)計(jì)與控制策略
表1 標(biāo)識(shí)符分配表
表2 電機(jī)控制器接收數(shù)據(jù)表
表3 電機(jī)控制器發(fā)送數(shù)據(jù)1表
表4 電機(jī)控制器發(fā)送數(shù)據(jù)2表
表5 常見(jiàn)故障問(wèn)題表
7 總結(jié)
根據(jù)新能源汽車的最新發(fā)展趨勢(shì)，集成方案必定蓬勃發(fā)展，全文以較簡(jiǎn)單的二合一電機(jī)控制器（MCU+PDU） 為例，詳細(xì)介紹集成式電機(jī)控制器的電氣原理、選型設(shè)計(jì)、控制方式，具體說(shuō)明集成系統(tǒng)的工作原理和通信策略，以一帶多，無(wú)論是三合一電機(jī)控制器 （MCU+PDU+直流變壓器（DCDC））、四合一電機(jī)控制器（MCU+PDU+DCDC+電動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器 （EHPS））、五合一電機(jī)控制器 （MCU+PDU+EHPS+高壓氣泵控制器 （ACM）） 等多重合一控制器，都可以借鑒本文的設(shè)計(jì)方案。上文雖然只介紹了IFBT、PTC，其他用電器可以類似應(yīng)用，電容性用電器需要增加預(yù)充回路進(jìn)行控制，電感性用電器直接用接觸器控制就行。傳感器種類很多，只用根據(jù)具體項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)需求，就可以在需要的電路中安裝，采集相關(guān)的信息。
-----------------------------------------------------------------
【免責(zé)聲明】版權(quán)歸原作者所有，僅用于技術(shù)分享與交流，非商業(yè)用途！對(duì)文中觀點(diǎn)判斷均保持中立，若您認(rèn)為文中來(lái)源標(biāo)注與事實(shí)不符，若有涉及版權(quán)等請(qǐng)告知，將及時(shí)修訂刪除，謝謝大家的關(guān)注！
展開(kāi) 集成式電機(jī)控制器選型設(shè)計(jì)與控制策略
表1 標(biāo)識(shí)符分配表
表2 電機(jī)控制器接收數(shù)據(jù)表
表3 電機(jī)控制器發(fā)送數(shù)據(jù)1表
表4 電機(jī)控制器發(fā)送數(shù)據(jù)2表
表5 常見(jiàn)故障問(wèn)題表
7 總結(jié)
根據(jù)新能源汽車的最新發(fā)展趨勢(shì)，集成方案必定蓬勃發(fā)展，全文以較簡(jiǎn)單的二合一電機(jī)控制器（MCU+PDU） 為例，詳細(xì)介紹集成式電機(jī)控制器的電氣原理、選型設(shè)計(jì)、控制方式，具體說(shuō)明集成系統(tǒng)的工作原理和通信策略，以一帶多，無(wú)論是三合一電機(jī)控制器 （MCU+PDU+直流變壓器（DCDC））、四合一電機(jī)控制器（MCU+PDU+DCDC+電動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器 （EHPS））、五合一電機(jī)控制器 （MCU+PDU+EHPS+高壓氣泵控制器 （ACM）） 等多重合一控制器，都可以借鑒本文的設(shè)計(jì)方案。上文雖然只介紹了IFBT、PTC，其他用電器可以類似應(yīng)用，電容性用電器需要增加預(yù)充回路進(jìn)行控制，電感性用電器直接用接觸器控制就行。傳感器種類很多，只用根據(jù)具體項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)需求，就可以在需要的電路中安裝，采集相關(guān)的信息。
-----------------------------------------------------------------
【免責(zé)聲明】版權(quán)歸原作者所有，僅用于技術(shù)分享與交流，非商業(yè)用途！對(duì)文中觀點(diǎn)判斷均保持中立，若您認(rèn)為文中來(lái)源標(biāo)注與事實(shí)不符，若有涉及版權(quán)等請(qǐng)告知，將及時(shí)修訂刪除，謝謝大家的關(guān)注！
展開(kāi) 