我在本系列的第一部分中討論了使用我們的 InstaSPIN-FOC? 技術啟動無傳感器電機，然后在第 2 部分中討論了如何在啟動時產生足夠的扭矩并在旋轉電機時將其最大化。在這第三部分和在本系列的最后一部分，我將解釋如何應對可能具有高達 100% 的高動態(tài)負載或額定扭矩輸出的應用中的一些挑戰(zhàn)。

連續(xù)角度跟蹤

要真正解決這個問題，您需要能夠在零速和極低速下連續(xù)估計轉子磁通角，并在低速和高速觀測器之間以穩(wěn)定的方式過渡。InstaSPIN-FOC 技術正在提供一組新的庫以使這成為可能。圖書館分為兩部分：

· IPD_HFI：用于零速和低速操作的初始位置檢測 (IPD) 和高頻注入

· AFSEL：IPD_HFI 和 FAST 之間的邏輯轉換

圖 1. FAST 和 IPD_HFI 的操作頻率

初始（零速）位置檢測

IPD_HFI 模塊的 IPD 部分使用定子線圈纏繞的鐵的 BH 曲線來確定轉子的北極，從而確定 d 軸。磁場強度將偏向定子的 BH 曲線工作點，如下圖所示。定子線圈施加支持和相反的磁場。當兩個場都支持時，BH 曲線被進一步推入飽和。當磁場相反時，BH 曲線工作點進一步移動到線性區(qū)域。這兩個 BH 曲線工作點之間的電感差異允許 IPD 算法確定轉子北極的位置。

圖 2. 不同轉子方向的 BH 曲線和相對位置

低速位置檢測

一旦確定了轉子的北極，為了獲得最佳控制系統(tǒng)性能，必須在電機運行期間始終對其進行跟蹤，即使在啟動和 FAST 之間的極短時間也能夠可靠地提供有效的角度估計。IPD_HFI 解決方案使用高頻信號來跟蹤北極。然而，這種能力依賴于具有大凸極的電機設計?？梢酝ㄟ^將轉子磁體放置在轉子表面下方并在兩極之間留下轉子鐵的間隙來引入顯著性。將此與非突出的表面安裝設計進行對比。

圖 3. 突出與非突出轉子設計

對于突出型，由于磁性材料的相對磁導率遠低于周圍的鐵，因此流過磁體的磁通量的磁阻差大于鐵路徑的磁阻。隨著轉子的角度前進，磁阻具有周期性變化。如果在定子的線圈上測量電感，則如下所示：

圖 4. 高凸極轉子的電感變化

IPD_HFI 的 HFI 部分使用此信息在轉子低速旋轉時保持鎖定在轉子的北極上。為了確保其角度鎖定在北極而不是南極峰上，HFI 由 IPD 部分初始化為 D 軸北極。用于激發(fā)該特征的高頻信號是根據(jù)電機的時間常數(shù)來選擇的。

過渡邏輯

HFI 算法在低速下工作得很好，但它有一個最大速度限制。在達到這個最大速度限制之前，必須將控制權交給像 FAST 這樣的更高速度的觀察者。在低速 (HFI) 和高速 (FAST) 估計器之間進行選擇的模塊是角頻率選擇 (AFSEL)。AFSEL 需要來自低速和高速估計器的角度和頻率輸入以及控制從一個估計器傳遞到另一個估計器的速度。 

圖 5. 具有 FAST (EST)、IPD_HFI 和 AFSEL 的 InstaSPIN-FOC

限制

除了需要凸極轉子設計外，關鍵限制之一是通過電機的電流對凸極效應的影響。要在負載下啟動電機，電機必須消耗足夠的電流以產生所需的扭矩。隨著電流的增加，磁阻變化減小，因此電感變化減小，并且 HFI 部分將無法精確地估計角度位置以使扭矩產生最大化。這必須經過測試，并且高度依賴于電機設計和初始顯著性（變化）。越多越好。

示例實現(xiàn)

從MotorWare版本 1.01.00.14開始，“扭矩控制”實施示例已發(fā)布為“proj_lab21”

最初，該項目剛剛發(fā)布在帶有我們的 C2000? Piccolo? F28069 微控制器的DRV8301 Rev D EVM逆變器上。在 MotorWare? 的未來版本中，支持將擴展到逆變器和控制器的不同組合以及進一步的系統(tǒng)示例，例如“速度控制”。