无刷直流电机学习笔记5

一、内容

本期学习的主要内容是对正弦波有传感器的程序部分进行学习，主要体现在对电流环和相关代码的理解。

二、知识点

上一期的学习初步认识了PID控制下的三个控制环，分别是速度环、电流环和力矩环，下图为三个闭环的关系图，其中逆变器工作之后，黄色部分的电流环开始工作，根据FOC原理，首先读取电机转动过程中的电流信号Ia、Ib和Ic，三相电流Ia、Ib和Ic 经过各种数学变换最终被转换为Id、Iq 电流分量，然后根据参考值Iqs 和Ids来计算e，最后 SVPWM 模块实现最终对三相定子电压的矢量控制。

速度环体现在对转子速度或者位置的检测，而力矩环则是转矩的控制器，给出参考值Iqs 和Ids。相关函数如下：

① 电流采样函数

Curr_Components SVPWM_3ShuntGetPhaseCurrentValues(void)
{Curr_Components Local_Stator_Currents;s32 wAux;switch (bSector){case 4:       //取得在那个扇区时刻读取ADcase 5:       // Ia = (hPhaseAOffset)-(ADCChannel 11 value)    wAux =(s32)(hPhaseAOffset)- ((ADC1->JDR1)<<1);          //Saturation of Ia if (wAux < S16_MIN){Local_Stator_Currents.qI_Component1=S16_MIN;                               }  else  if (wAux > S16_MAX){ Local_Stator_Currents.qI_Component1= S16_MAX;}else{Local_Stator_Currents.qI_Component1= wAux;}// Ib =(hPhaseBOffset)-(ADC Channel 12 value)wAux = (s32)(hPhaseBOffset)-((ADC2->JDR1)<<1);// Saturation of Ibif (wAux < S16_MIN）{Local_Stator_Currents.qI_Component2= S16_MIN;}  else  if (wAux > S16_MAX){ Local_Stator_Currents.qI_Component2=S16_MAX;}else{         Local_Stator_Currents.qI_Component2= wAux;}break;case 6:case 1:     //Current on Phase A not accessible     // Ib =(hPhaseBOffset)-(ADC Channel 12 value)wAux = (s32)(hPhaseBOffset)-((ADC1->JDR1)<<1);//Saturation of Ib  if (wAux < S16_MIN){Local_Stator_Currents.qI_Component2= S16_MIN;} else  if (wAux > S16_MAX){ Local_Stator_Currents.qI_Component2= S16_MAX;}else{Local_Stator_Currents.qI_Component2=wAux;}// Ia = -Ic -Ib wAux =((ADC2->JDR1)<<1)-hPhaseCOffset-Local_Stator_Currents.qI_Component2;//Saturation of Iaif (wAux> S16_MAX){Local_Stator_Currents.qI_Component1= S16_MAX;}else  if (wAux <S16_MIN） {      Local_Stator_Currents.qI_Component1 = S16_MIN;}else{                     Local_Stator_Currents.qI_Component1 = wAux;}break;case 2:case 3:     // Ia = (hPhaseAOffset)-(ADC Channel 11 value)     wAux =(s32)(hPhaseAOffset)-((ADC1->JDR1)<<1);//Saturation of Ia if (wAux < S16_MIN){Local_Stator_Currents.qI_Component1= S16_MIN;}  else  if (wAux > S16_MAX){ Local_Stator_Currents.qI_Component1= S16_MAX;}else{Local_Stator_Currents.qI_Component1= wAux;}// Ib = -Ic-Ia;wAux =((ADC2->JDR1)<<1)-hPhaseCOffset-Local_Stator_Currents.qI_Component1;// Saturation of Ibif (wAux> S16_MAX){Local_Stator_Currents.qI_Component2=S16_MAX;}else  if (wAux <S16_MIN){     Local_Stator_Currents.qI_Component2 = S16_MIN;}else  {  Local_Stator_Currents.qI_Component2 = wAux;}                     break;default:break;} return(Local_Stator_Currents);
}

Curr_Components SVPWM_3ShuntGetPhaseCurrentValues(
)电流采样函数主要是在特定的六个扇区读取状态AD，并且计算出A相和B相的电流值，又由于三相电流矢量之和为0，则可得到C相电流值，为之后的Clark变换做准备工作。

②Clark变换

Curr_Components Clarke(Curr_Components Curr_Input)
{Curr_Components Curr_Output;s32 qIa_divSQRT3_tmp;s32 qIb_divSQRT3_tmp ;s16 qIa_divSQRT3;s16 qIb_divSQRT3 ;// qIalpha = qIasCurr_Output.qI_Component1=Curr_Input.qI_Component1;qIa_divSQRT3_tmp = divSQRT_3 *Curr_Input.qI_Component1; //电流平方根3qIa_divSQRT3_tmp /=32768;   qIb_divSQRT3_tmp = divSQRT_3 *Curr_Input.qI_Component2;qIb_divSQRT3_tmp /=32768; qIa_divSQRT3=((s16)(qIa_divSQRT3_tmp));       qIb_divSQRT3=((s16)(qIb_divSQRT3_tmp));     //qIbeta = -(2*qIbs+qIas)/sqrt(3)Curr_Output.qI_Component2=(-(qIa_divSQRT3)-(qIb_divSQRT3)-(qIb_divSQRT3));return(Curr_Output);
}

Clark变换是自然坐标系 ABC 变换到静止坐标系α-β的坐标变换，其中，结合原理和程序，我们可知：

           qIalpha = qIas                      式1qIbeta = -(2*qIbs+qIas)/sqrt(3)            式2

即输出iα和iβ。

③Park变换

Curr_Components Park(Curr_Components Curr_Input,
s16 Theta)
{Curr_Components Curr_Output;s32 qId_tmp_1, qId_tmp_2;s32 qIq_tmp_1, qIq_tmp_2;     s16 qId_1, qId_2;  s16 qIq_1, qIq_2;   Vector_Components = Trig_Functions(Theta);//No overflow guaranteedqIq_tmp_1 = Curr_Input.qI_Component1 * Vector_Components.hCos;           qIq_tmp_1 /= 32768;//Nooverflow guaranteedqIq_tmp_2 = Curr_Input.qI_Component2 *Vector_Components.hSin; qIq_tmp_2 /= 32768;qIq_1 = ((s16)(qIq_tmp_1));qIq_2 = ((s16)(qIq_tmp_2));//Iq component in Q1.15 Format Curr_Output.qI_Component1 = ((qIq_1)-(qIq_2));//No overflow guaranteedqId_tmp_1 = Curr_Input.qI_Component1 * Vector_Components.hSin;qId_tmp_1 /= 32768;//No overflow guaranteedqId_tmp_2 = Curr_Input.qI_Component2 * Vector_Components.hCos;qId_tmp_2 /= 32768;qId_1 = (s16)(qId_tmp_1);             qId_2 = (s16)(qId_tmp_2);                                //Id component in Q1.15 Format   Curr_Output.qI_Component2 = ((qId_1)+(qId_2));  return (Curr_Output);
}

Park变换是将静止坐标系α-β变换到同步旋转坐标系d - q的坐标变换，其中，结合原理和程序，我们可知：

  qId=qIalpha_tmp*sin(theta)+qIbeta_tmp*cos(Theta)      式3qIq=qIalpha_tmp*cos(Theta)-qIbeta_tmp*sin(Theta)      式4

即输出iq和id。

经过Park变换得到的iq和id，而后经过PID调节、Park的逆变换与SVPWM计算，反馈给逆变器系统，则构成一个完整的电流环。

三、总结

本期主要是对正弦波有感部分程序的学习，总的来说，这段时间由于专业考试较多，相比于之前花的时间和精力少了，所以进展不大。本期学习有收获的地方是进一步学习了程序部分，但是还是不能完全理解。之后的学习重点将从程序学习转向仿真部分，当仿真理解了之后，再来看程序，可能有不一样的收获。