PMSM电机无传感器FOC矢量控制

AN1299 结论本应用笔记阐述了单分流算法的优点、局限性和限制条件。

通过使用单分流电阻来检测流经直流母线的电流，单分流算法能够重构流经电机各相的电流。

为了获取蕴含在直流母线电流中的信息，使用了空间矢量调制方法。

SVM 产生一组采样时间窗口，在时间窗口中可以观察流经电机各相的电流。

在分流电阻真值表（表 1）中对这些时间窗口进行了划分和分组。

此真值表表明了分流电阻提供的信息与电子开关状态之间的关系。

但是，在某些 SVM 区域，要从直流母线电流获取期望信息是不可能的。

通过修改 SVM 开关模式可以克服这一局限性。

对这些模式进行修改，使得在每个 SVM 工作状态中从单分流电阻提取期望信息成为可能。

这些实际结果表明：单分流电阻方法提供了足够精确的信息，能够满足磁场定向控制的需求。

对提取的流经直流母线的电流进行重构，根据重构的信息，还可能获取诸如位置、转矩这样的电机信息。

参考文献本应用笔记参考了下列应用笔记，它们可从 Microchip 网站（）下载：•AN908 《使用 dsPIC30F 实现交流感应电机的矢量控制》（DS00908A_CN）• AN955 “VF Control of 3-Phase Induction Motor （DS00955） Using Space Vector Modulation” • AN1017 《使用 dsPIC30F DSC 实现 PMSM 电机的正弦驱动》（DS01017A_CN）• AN1078 《PMSM 电机的无传感器磁场定向控制》（DS01078A_CN） 2009 Microchip Technology Inc. DS01299A_CN 第 21 页AN1299 注： DS01299A_CN 第 22 页 2009 Microchip Technology Inc.请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点：• • • Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标。

foc 电机矢量控制FOC电机矢量控制是一种高级的电机控制技术，它通过对电机的电流和电压进行精确控制，实现对电机的高效运行。

本文将对FOC电机矢量控制的原理、优势和应用进行介绍。

一、FOC电机矢量控制的原理FOC电机矢量控制的核心思想是将电机拆分成磁场定向控制和电流控制两个子系统。

首先，通过磁场定向控制，将电机的磁场与转子磁场的磁轴对齐，使电机旋转产生转矩。

然后，通过电流控制，控制电机的电流大小和相位，实现对电机的转速和转矩的精确控制。

具体来说，FOC电机矢量控制使用了两个坐标系：静态坐标系和旋转坐标系。

静态坐标系是以电机的定子为基准，旋转坐标系是以转子为基准。

在磁场定向控制中，通过变换静态坐标系到旋转坐标系，可以将电机的磁场与转子磁场的磁轴对齐。

在电流控制中，通过变换旋转坐标系到静态坐标系，可以将电机的电流转换为静态坐标系下的电流，从而实现对电流的精确控制。

二、FOC电机矢量控制的优势FOC电机矢量控制相比传统的电机控制技术具有如下优势：1. 高效运行：FOC电机矢量控制可以减少电机的功率损耗，提高电机的效率。

通过精确控制电机的电流和电压，可以使电机在不同负载下都能以最佳效率运行。

2. 高精度控制：FOC电机矢量控制可以实现对电机转速和转矩的精确控制。

通过精确控制电机的电流大小和相位，可以实现对电机的精确控制，从而满足不同应用场景的需求。

3. 高动态响应：FOC电机矢量控制可以实现对电机的快速响应。

通过精确控制电机的电流和电压，可以实现电机的快速加速和减速，提高电机的动态响应性能。

4. 低噪音和低振动：FOC电机矢量控制可以减少电机的噪音和振动。

通过精确控制电机的电流和电压，可以减少电机的震荡和共振现象，从而降低电机的噪音和振动。

三、FOC电机矢量控制的应用FOC电机矢量控制广泛应用于各种领域的电机控制中，包括工业控制、家用电器、交通运输等。

在工业控制领域，FOC电机矢量控制可以用于驱动各种类型的电机，如交流电机、直流电机和步进电机。

无传感器FOC控制提高电器电机控制设计邮件群发对于大多数家用电器制造商，提高电器效率和降低可闻噪声是最优先考虑的事项。

通常，政府通过严格的法规来推动对效率的要求。

然后，有一些消费者会愿意引领潮流，以相对较高的价格购买“更绿色”的电器。

这驱使电器制造商研究相应的解决方案，解决效率和可闻噪声方面的问题，同时让增加的整体系统成本保持最低。

例如，电器制造商希望设计出可以快速响应速度变化(包括洗涤和甩干两个过程)的洗衣机。

一些高级电机控制技术，如磁场定向控制(FOC)，也称为矢量控制，有助于设计出更加安静节能的洗衣机。

洗衣机控制拓扑本文主要关注如何部署FOC来设计高效、安静的洗衣机。

通过分析洗衣机的构造，可以了解为什么需要高效的电机控制技术。

如图1所示，最新型的洗衣机带有一个滚筒单元，该结构由BLDC电机或PMSM电机、电机控制器电路板、带按键用户界面电路板和显示单元组成。

控制器电路板和用户界面电路板可以使用串行链路(如UART、SPI或专有串行协议)进行通信，用以设置所需的洗涤负载、漂洗速度，以及处理其他命令。

根据所接收到的命令，电机控制器电路板会调整电机速度和扭矩。

电机是洗衣机中最主要的用电部件，用电量可达总用电量的85%。

因此，对于PMSM控制的任何改进，都可以显著节省用电和成本。

为此，高效的电机控制对于设计更好的电器非常关键。

图1新型洗衣机的构造新型信号控制器促进电器设计半导体技术的发展促进了数字信号控制器(DSC)和功率电子开关的产生，它们可以用于设计变速电机。

实际上，得益于DSC高效而高成本效益的电机功率管理，电器不再需要局限于使用一些定制的硬件和控制技术。

例如，借助Microchip最新一代的dsPIC DSC系列，电器制造商现在可以设计出显著节省用电和成本的电机系统。

这是因为dsPIC DSC上包含专用于电机控制应用的外设。

这些外设包括电机控制脉宽调制(MCPWM)、高速ADC和可扩展闪存程序存储器。

本文档是针对PMSM 电机FOC 控制驱动请注意区别42永磁同步电机(PMSM )引线说明电机相线黄U绿V蓝W传感器接口1GND电源地2VCC电源正（5V）3PW+霍尔传感器W4PV-V5PU+U6PZ+编码器Z+7PB+B+8PA+A+9NC无信号10NC11NC12NC13PZ-编码器Z-14PB-B-15PA-A-传感器接口引脚顺序定义42永磁同步电机(PMSM)参数供电电压24 V额定功率63W额定力矩0.2 N.M峰值力矩0.6 N.M额定转速3000 RPM 额定电枢电流 3.13 A力矩系数0.057 N.M/A 反电势系数 4.13 V/KRPM 磁极8(4对极)编码器1000线相电阻0.89±10%Ω相电感0.62±20%mH电机驱动板与PMSM 电机接线说明序号驱动板接口功能说明电机引脚1U 电机接口直流无刷电机动力线注意这里实际是将蓝线(W)和黄线(U)对调蓝电机粗线2V 绿3W 黄4VCC 外部电源外部24V 电源供电，驱动板允许接入电源范围：18~36V 直流电源5GND15V 电压输出，可以为外部设备供电PMSM 电机传感器专用接口霍尔传感器接口电机动力线&电源注意：请使用带电压电流保护的24V 电源供电，一般设置电源为24V 2A 输出，空载时候，电机正常运转时总电流大概是200mAPMSM 电机不使用该端子接口，直接使用驱动板左上角VGA 接口的传感器接口注意：调试时候严禁直接使用锂电池供电，必须使用带保护的电源供电。

这里电机的U(黄)线实际接驱动板的W接口；电机的W(蓝)线实际接驱动板的U接口。

注意：1.调试时候需要把开发板上的跳线帽都去掉，防止信号干扰，无刷电机例程都不需要跳线帽的2.开发板需要单独外部供电，使用USB线或者外部电源供电，如下图：霍尔传感器模式FOC控制例程连线方法对应以下例程：YSF1_PMSM-005. FOC v4.2_HallSensor_42PMSM YSF1_PMSM-008. FOC v2.0_HallSensor_42PMSM无刷电机驱动板与YS-F1Pro开发板接线说明序号模块引脚功能说明开发板引脚2U霍尔传感器霍尔传感器接口PC84V PC7 6W PC6 8U线电流电机驱动臂电流采集PC110V PC2 12W PC3 13V_BUS外部电源电压检测（过压、欠压保护）PC5 14温度环境温度检测（高温保护）PC0 15PU_H梯形方波驱动信号正弦波(SVPWM)驱动信号PA816PU_L PB1317PV_H PA918PV_L PB1419PW_H PA1020PW_L PB1522SD ShutDown引脚，停机，高电平有效与GND连接或者悬空21GND电源线开发板和驱动板至少需要连接一根GND线。

PMSM永磁同步电机设计技术方案（PFC功率因数、FOC磁场导向及矢量控制设计PMSM永磁同步电机技术）1、多数电机控制系统通常将PFC作为系统的第一级。

由于逆变器中开关器件的存在，若没有PFC 输入级，那么所产生的电流中将会含有显著的谐波分量。

此外，由于电机负载的高度感性，输入电流将会给输入系统引入大量无功功率，从而降低整个系统的效率。

PFC 级作为电机控制应用中的一个前端转换器，能够较好地调节输出电压以及降低输入电流中的谐波含量。

2、本应用场合选用PMSM电机。

电能质量的提高通过进行功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）来实现，而电机的高效控制可以通过使用无传感器磁场定向控制（Filed Oriented Control，FOC）技术来实现。

3、家电业通常要求这些算法能够得以低成本的方式加以实现。

这可通过将PFC 和无传感器FOC 算法集成在单片数字信号控制器（Digital Signal Controller，DSC）上来实现。

4、本PFC 和无传感器FOC 集成系统中，采用了带下列外设的处理器：⑴、脉冲宽度调制器（Pulse Width Modulator，PWM）；⑵、模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）；⑶、正交编码器接口（Quadrature Encoder Interface，QEI）。

5、处理器上的这些外设最好具有以下特性：A、多源触发ADC；B、输入转换速率最快为1Msp；C、同步采样多个模拟通道技术；D、故障检测与处理能力；图1显示了一个PFC 和无传感器FOC 集成系统的结构图。

在这类应用中，按照平均电流模式控制的标准升压转换器拓扑是实现数字化PFC的首选方法。

6、双分流无传感器FOC 法是一种驱动PMSM 电机的转速控制方法。

它克服了那些无法配置位置和速度传感器的应用中存在的限制条件。

7、PMSM 电机的速度和位置可以通过测量相电流来估算。

电励磁同步电机FOC控制机电暂态建模一、概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，电动汽车、风力发电和工业制造等领域对电励磁同步电机(以下简称PMSM)的需求日益增加。

PMSM在高效、高性能和高可靠性方面具有显著的优势，因此其控制技术也备受关注。

在PMSM的控制技术中，矢量控制技术(即FOC控制技术)是目前应用最广泛的一种控制技术。

FOC控制可以将PMSM的控制问题转化为直流电机的控制问题，从而简化了控制系统的设计和实现。

然而，在实际应用中，PMSM系统往往会遇到各种机电暂态问题，如起动、负载扰动和电网故障等。

这些机电暂态问题对PMSM的控制性能和系统稳定性都会产生影响。

对PMSM的机电暂态行为进行建模和分析，对于设计优化控制系统和提高PMSM系统的鲁棒性至关重要。

本文旨在探讨PMSM系统的FOC控制技术下的机电暂态建模问题，以期为PMSM系统的设计和控制提供理论参考和技术支持。

二、PMSM系统的FOC控制原理2.1 PMSM系统的数学模型PMSM系统的数学模型可以用如下的非线性状态方程表示：其中，x是PMSM系统的状态变量，u是PMSM的控制输入，y是PMSM的输出。

f和g是PMSM系统的非线性函数，描述了电机的物理特性和电磁特性。

2.2 FOC控制原理FOC控制技术主要分为两个部分：速度环和电流环。

速度环控制是通过调节转速指令和实际转速之间的误差来控制转速；电流环控制是通过调节给定电流和实际电流之间的误差来控制电流。

FOC控制技术的目标是使得PMSM系统的电流和转速能够快速、精确地跟踪给定值，并且能够对外部扰动做出鲁棒的响应。

三、PMSM系统的机电暂态建模3.1 机电暂态问题PMSM系统在实际应用中往往会遇到各种机电暂态问题，其中包括但不限于起动时的转矩脉动、负载扰动时的抗扰性能和电网故障时的系统稳定性。

这些机电暂态问题对PMSM系统的控制性能和稳定性都会产生影响。

3.2 机电暂态建模方法为了研究PMSM系统在机电暂态影响下的控制行为，需要对PMSM 系统的机电暂态行为进行建模。

PMSM无传感器FOC的单分流三相电流重构算法PMSM（永磁同步电机）是一种非常常见的电机类型，它在许多应用领域中都广泛使用。

传统的PMSM控制通常使用传感器来测量电机转子的位置和速度，从而实现闭环控制。

然而，传感器的使用会增加系统成本和复杂性，并且容易受到外部干扰。

为了解决这个问题，无传感器FOC（磁场定向控制）算法被开发出来。

这种算法通过测量电机的三相电流和母线电压来估计转子的位置和速度，从而实现对电机的控制。

单分流三相电流重构算法是一种常见的无传感器FOC算法，下面我将详细介绍该算法的原理和实现方法。

首先，让我们来了解一下磁场定向控制的基本原理。

磁场定向控制是通过控制电机的磁场方向和大小来实现对电机的控制。

在PMSM中，磁场的方向取决于电流的方向。

因此，通过控制电流的大小和相位可以实现对电机的控制。

在传统的PMSM控制中，电流通过传感器来测量。

然而，无传感器FOC算法使用电流测量数据来估计电机转子的位置和速度。

这就需要通过一定的算法来将电流数据转换为转子位置和速度信息。

单分流三相电流重构算法是一种常用的无传感器FOC算法。

该算法使用了电流空间矢量投影技术来重构电流矢量。

具体来说，该算法通过测量的三相电流和电压数据来计算转子位置和速度的估计值。

算法的主要步骤如下：1.测量三相电流和电压：首先，需要测量电机的三相电流和电压。

可以使用传感器或者其他方法来获取这些数据。

2.电流矢量转换：将三相电流转换为d轴和q轴的电流矢量。

这可以通过三相到两相的变换公式来实现。

3.电流空间矢量投影：使用通过电流矢量转换得到的d轴和q轴电流矢量，结合电压数据，进行电流空间矢量投影计算。

这个计算过程可以使用PMSM的数学模型来实现，通过计算得到转子位置和速度的估计值。

4.控制器设计：根据转子位置和速度的估计值，设计闭环控制器来控制电机的转矩和转速。

这可以使用PID控制器或者其他控制算法来实现。

5.输出电压控制：根据控制器的输出，使用PWM（脉宽调制）技术来控制逆变器的输出电压，从而驱动电机。

永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统一、本文概述随着现代电力电子技术和控制理论的不断发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能在诸多领域，如电动汽车、风力发电、工业自动化等，得到了广泛应用。

然而，传统的PMSM控制系统通常依赖于位置传感器来获取电机的转速和位置信息，这不仅增加了系统的复杂性，还降低了系统的可靠性和稳定性。

因此，研究并开发无传感器矢量控制调速系统对于提高PMSM的性能和适用范围具有重要意义。

本文旨在研究一种新型的滑模观测器无传感器矢量控制调速系统，旨在解决传统PMSM控制系统对位置传感器的依赖问题。

文章将介绍永磁同步电机的基本工作原理和控制策略，为后续研究奠定理论基础。

接着，将详细阐述滑模观测器的设计原理及其在PMSM无传感器控制中的应用，包括滑模观测器的数学模型、稳定性分析和优化方法。

在此基础上，将探讨基于滑模观测器的无传感器矢量控制调速系统的实现方法，包括转速估计、矢量控制和调速策略等。

通过仿真和实验验证所提系统的有效性和优越性，为PMSM无传感器控制技术的发展提供新的思路和解决方案。

本文的研究不仅对于提高PMSM的性能和稳定性具有重要意义，也为其他类型电机的无传感器控制提供了有益的参考和借鉴。

本文的研究成果有望为相关领域的技术创新和应用推广提供理论支持和实践指导。

二、永磁同步电机及其控制系统概述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高性能的电动机，其设计基于同步电机的原理，并采用永磁体作为其磁场源，从而省去了传统电机中的励磁绕组和相应的励磁电流。

由于其高功率密度、高效率以及优良的调速性能，PMSM在电动汽车、风电、工业自动化等领域得到了广泛应用。

PMSM的控制系统是实现其高性能运行的关键。

传统的PMSM控制系统通常依赖于高精度的位置传感器（如光电编码器或霍尔传感器）来获取电机的转子位置信息，进而实现准确的矢量控制。

电话：+86-571-86972723 传真：+86-571-86972723/ 邮编：310051永磁同步电机双电阻无感FOC调试手册电话：+86-571-86972723 传真：+86-571-86972723/ 邮编：3100511.概述1.1 芯片概述本调试手册介绍了应用LCM32F037 系列MCU的永磁同步电机（PMSM）双电阻矢量控制（FOC）基本原理和调试方法。

LCM32F037是一款32位基于ARM-Cortex-M0内核的高性能控制芯片，最高工作频率可达96 MHz，工作电压为1.8~5.5V；内置32K字节Flash Memory，4K字节SRAM；多达18通道的一个12位精度ADC；最多30个快速I/O端口；可配置6 通道增强型PWM 以及输出死区可控的互补型PWM；内置3个比较器；包含为永磁同步电机FOC控制设计的3个可调增益的运放以及1个反电动势采样电路。

目前已经应用于高速吸尘器、高速出风筒，各类风扇，水泵、油烟机等产品。

◆芯片特性：➢32位ARM Cortex-M0内核MCU；➢内置32K字节FLASH，4K字节SRAM；➢工作电压为1.8~5.5V；最高工作频率96MHz；➢内置高精度上电、掉电复位（POR_PDR）；➢内置低压检测电路（LVR），8个低压复位点：1.6V、1.8V、2.0V、2.5V、2.8V、3.0V、3.5V、4.0V；➢可编程电压监测器（LVD），8个电压监测点：2.0V、2.2V、2.4V、2.7V、2.9V、3.1V、3.6V、4.5V；➢内置2个LDO；➢内置4MHz~20MHz的高速晶振（OSCH），以及内置出厂校准过的16MHz RC振荡器（RCH，1%精度）；➢内置32KHz的低速晶振（OSCL），以及内置出厂校准过的24KHz RC振荡器（RCL，10%精度）；➢内置PLL，最高输出144MHz，抖动小于100ps；➢7个16位定时器；➢1个8位WT定时器；➢内置1个独立看门狗定时器（IWDG）、1个窗口看门狗定时器（WWDG）；➢内置1个24位自减型系统时基定时器；➢最多支持30个快速I/O端口；➢5个通信接口（2路UART接口，1路I2C接口，2路SPI通讯口）；电话：+86-571-86972723 传真：+86-571-86972723/ 邮编：310051➢内置3个轨到轨的模拟比较器（ACMP）；➢内置3个轨到轨的运算放大器（OPA）；➢内置2个10位D/A转换器；➢内置18通道的12位精度ADC，最高转换速率为1MSPS；➢内置一个反电动势采样电路（HALL_MID）；➢低功耗：休眠、停机、超低功耗停机；在配套的电机控制硬件开发板中，采用LCM2102、LCP2103或LCP7B32A 功率驱动芯片，用于驱动MOSFET。