【晟矽課堂】晟矽MS32F031霍爾FOC電機控制方案介紹（上）

介紹目錄

1. 硬件電路原理

2. FOC控制原理

3. 空間矢量調制（SVPWM）

4. 電流采樣方式選擇

5. 角度估算器

6. 霍爾FOC程序

1. 硬件電路原理

電源電路 ：

第一部分：使用的開關電源芯片LM5009降壓；

優(yōu)點：有點效率高，穩(wěn)定。

缺點：電路復雜。

第二部分：使用78L05LDO線性降壓芯片；

優(yōu)點：電路簡單，成本低。

缺點：轉換效率低，輸入電壓低。

驅動芯片電路：使用LN4303芯片，22uF的自舉電容。

半橋電路：使用60V60A規(guī)格MOS，MOS充電限流電阻22歐姆；MOS存在米勒平臺，所以加入死區(qū)，防止上下管導通。

采樣電路：相電流采樣：R24、R26、R25；母線電流采樣：R27。

霍爾電路?：

霍爾電源電源是5v供電，使用的開關霍爾，上拉電路。

三路運放：

1. 平均電流、W相、V相電流采樣放大

2. 放大倍數(shù)5倍

3. 偏置電壓2.5V

MCU外設資源?：

1. PWM輸出，6路互補PWM

2. HALL捕獲，3路HALL捕獲

3. 采樣電流使用3組運放

4. 母線電壓和電位器ADC采樣

2. FOC控制原理

FOC---磁場定向控制（Field Oriented

Control）

通常稱為“矢量控制”，是通過控制變頻器輸出電壓的幅值和頻率控制三相交流電機的一種變頻驅動控制方法。

基本思想

通過測量和控制電機的定子電流矢量，根據(jù)磁場定向控制原理分別對電機的勵磁電流（Id）和轉矩電流（Iq）進行控制，從而將三相交流電機等效為直流電機控制。

實現(xiàn)步驟

通過坐標變換，將三相靜止坐標系轉化為兩相旋轉的坐標系，從而使三相交流耦合的定子電流轉換為相互正交、獨立解耦的轉矩和勵磁分量，達到類似于他勵電機直接控制轉矩的目的。

FOC控制框圖

Clarke變換

三相采樣電流轉化成兩相電流Ia、Iβ

Park變換

兩相電流轉換成旋轉的直流電流Iq、Id

3. 空間矢量調制（SVPWM）

由于逆變器三相橋臂共有6個開關管，為了研究各相上下橋臂不同開關組合時逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開關函數(shù)：

Sx ( x = a、b、c) 為：

(Sa、Sb、Sc)的全部可能組合共有八個，包括6個非零矢量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和兩個零矢量? U0(000)、U7(111)。以其中一種開關組合為例分析，假設：

Sx ( x= a、b、c)= (100)

求解上述方程可得：Uan=2Ud /3、UbN=-U d/3、UcN=-Ud /3。同理可計算出其它各種組合下的空間電壓矢量，列表如下：

開關狀態(tài)與相電壓和線電壓的對應關系

電壓空間矢量圖

其中非零矢量的幅值相同（模長為 2Udc/3），相鄰的矢量間隔 60°，而兩個零矢量幅值為零，位于中心。在每一個扇區(qū)，選擇相鄰的兩個電壓矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原則來合成每個扇區(qū)內的任意電壓矢量，即：

或者等效成下式：

其中，Uref 為期望電壓矢量；T為采樣周期；Tx、Ty、T0分別為對應兩個非零電壓矢量 Ux、Uy 和零電壓矢量 U 0在一個采樣周期的作用時間；其中U0包括了U0和U7兩個零矢量。上式的意義是：矢量 Uref 在 T 時間內所產生的積分效果值和 Ux、Uy、U 0 分別在時間 Tx、Ty、T0內產生的積分效果相加總和值相同。

定時器計數(shù)模式及PWM產生