Microchip无传感器永磁同步电机控制
本文从采用dsc实现基于foc的无传感器pmsm控制开始，主要介绍如何在电器中实现基于永磁同步电机（pmsm）的无传感器foc控制，以便为电器电机控制带来最大的成本效益。
对于无法部署位置或速度传感器的一些应用，无传感器foc技术还可以克服一些由此产生的限制。例如，在一些压缩机应用中，电机充满机油会对线束布局有一些限制。在电器中采用pmsm电机时，由于pmsm电机转子上的永磁体产生的转子磁场是恒定的，所以可以提供极高的效率。此外，电机的定子磁场通过正弦分布的绕组产生。与感应电机相比，pmsm电机还具有极高的功率/尺寸比。与直流电机相同，它们的电气噪声也较低，因为它们不采用电刷。
为什么在电机控制中采用dsc？ dsc非常适合于洗衣机之类的电器，因为它们具有针对电机控制而定制的外设，例如脉宽调制器（pwm）、模数转换器（adc）和正交编码器接口。在执行控制器程序和实现数字滤波器时，由于dsc能够在单周期中执行mac指令和小数运算，所以可以帮助设计人员优化代码的执行。此外，对于需要饱和功能的运算，dsc提供了硬件饱和保护功能，可帮助设计人员避免发生溢出。
dsc 需要快速灵活的adc来进行电流检测，这是电机控制中的一项关键功能。microchip dspic dsc系列提供了这样的adc，能够以1msps的速率转换输入采样，可同时处理最多4路输入。这些adc具有多种触发选项，支持采用低成本的电流检测电阻来测量电机相绕组电流。例如，可以通过pwm模块触发a/d转换，从而支持低成本的电流检测电路。在特定的时间，开关晶体管允许电流流入检测电阻，可在此时对输入进行检测。
采用的电机控制开发工具 本文讨论的foc电机控制固件基于 microchip的dspicdem mc1电机控制开发板。foc算法采用microchip的数据监视与控制界面（dmci）工具进行测试和调试，该工具是mplab集成开发环境 （ide）的一个模块。dmci工具提供了快速的动态ide，让设计人员可以用图形方式来表示应用反馈。例如，在dmci的ide中，程序符号（变量）可以动态地分配给滚动条、直接输入或布尔控件的任意组合，而ide提供了对于这些符号（变量）的项目知悉导航功能。通过这些控件，用户可以在dmci ide中交互式地更改程序变量的值。此外，用户还可以动态地配置图形，以查看程序生成的数据。
在系统结构框图（图1）中，可以看到电机轴上没有安装位置传感器，但电机上采用了一些传感器来测量电流。这些传感器的电感电阻较低，它们属于逆变器功能模块的一部分。这里采用一个三相逆变器作为功率级，用来驱动电机绕组（图2）。
图1：usb界面专用充电器。
图2：三相逆变器驱动pmsm绕组。
foc（或矢量控制）算法的简要步骤
以下总结了控制pmsm的foc算法步骤。
1.先测量三相定子电流ia和ib。根据ia+ib+ic=0，计算来自两个电流传感器的电流。
2.将三相电流转换到2轴坐标系中。该转换根据测量的ia、ib和ic值得到变量iα和iβ。从定子的角度来说，iα和iβ是时变正交电流值。该步骤称为park变换。
3.采用控制循环上一次迭代时计算的变换角旋转2轴坐标系，使之与转子磁通对齐。该转换根据iα和iβ得到变量id和iq。现在，将正交电流id和iq变换到旋转坐标系中。在稳态条件下，id和iq将保持恒定。该步骤称为clarke变换。
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在系统结构框图（图1）中，可以看到电机轴上没有安装位置传感器，但电机上采用了一些传感器来测量电流。这些传感器的电感电阻较低，它们属于逆变器功能模块的一部分。这里采用一个三相逆变器作为功率级，用来驱动电机绕组（图2）。
图1：usb界面专用充电器。
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2.将三相电流转换到2轴坐标系中。该转换根据测量的ia、ib和ic值得到变量iα和iβ。从定子的角度来说，iα和iβ是时变正交电流值。该步骤称为park变换。
3.采用控制循环上一次迭代时计算的变换角旋转2轴坐标系，使之与转子磁通对齐。该转换根据iα和iβ得到变量id和iq。现在，将正交电流id和iq变换到旋转坐标系中。在稳态条件下，id和iq将保持恒定。该步骤称为clarke变换。
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