利用完全可编程平台实现高效的马达控制

上网时间: 2013年10月21日? 作者:林逸芳(Yvonne Lin), 赛灵思公司? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:完全可编程平台? 电动马达? 马达控制?

碳足迹、绿色能源和气候变化屡现新闻头条,引人瞩目。为保证我们的后代有一个洁净的生活环境,我们必须立即行动起来。为此,发达国家的政府以税费的方式来降低碳排放和能源使用。由于超过半数的电力用于驱动电动马达,因此设计人员不是应该而是必须采用更加高效的马达控制与设计。

电动马达的作用就是把电能转换成为机械能,而效率则是指产生的机械能与所用的电能之比。马达的振动、发热、噪声和谐波属于各种形式的损耗,要实现高效率,就应减少这些能耗。那么有哪些设计技巧可供设计人员使用,以帮助他们实现高效率呢?

本文将介绍综合运用磁场定向控制(FOC)算法和脉冲频率调制(PFM)严密地控制马达,实现高精度与高效率。

FOC

标量控制(或者常称的电压/频率控制)是一种简单的控制方法,通过改变供电电源(电压)和提供给定子的频率来改变马达的扭矩和转速。这种方法相当简单,甚至用8/16位微处理器也能完成设计。不过,简便的设计也伴随着最大的缺陷——缺乏稳健可靠的控制。如果负载在高转速下保持恒定,这种控制方法倒是足够。但一旦负载发生变化,系统就不能快速响应,从而导致能量损失。

相比而言,FOC能够提供严格的马达控制。这种方法旨在让定子电流和磁场保持正交状态(即成90度角),以实现最大扭矩。由于系统获得的磁场相关信息是恒定的(不论是从编码器获得,还是在无传感器工作状态下的估算),它可以精确地控制定子电流,以实现最大机械扭矩。

一般来说FOC比较复杂,需要32位处理器和硬件加速功能。原因在于这种方法需要几个计算密集型模块,比如克拉克变换、帕克变换等,用于完成三维或二维坐标系间的相互转换,以抽取电流相对磁通的关系信息。

如图1所示,控制马达所需考虑的输入包括目标扭矩指令、供电电流和转子角。根据这些参数完成转换和计算,计算出电力电子的新驱动值。完成一个周期的FOC所需的时间被称为环路时间。不出所料,环路时间越短,系统的响应速度就越快。响应速度快的系统意味着马达能够迅速针对负载做出调整,在更短的时间周期内完成误差补偿,从而实现更加顺畅的马达运行和更高的效率。

利用完全可编程平台实现高效的马达控制_《国际电子商情》图1:磁场定向控制可以严密地控制马达扭矩,提高效率。环路时间越短,系统响应速度越快。_1
图1:磁场定向控制可以严密地控制马达扭矩,提高效率。环路时间越短,系统响应速度越快。

一般采用嵌入式处理器实现FOC算法,环路时间介于50μs到100μs之间,具体取决于模型和可用的硬件。此外,还可采用软件来实现FOC,但无法保证其确定性。因此大量设计借助FPGA硬件加速,来发挥这种技术的确定性和高速处理优势。使用最先进的28nm FPGA技术,典型FOC电流环路时间为1.6μs1,相对采用软件方法明显缩短。

由于加强马达控制不仅可降低噪声,而且还能提升效率和精度,因此目前大部分电流环路都采用硬件来实现,而且倾向于把速度环路和位置环路也迁移到硬件实现方案中。这种做法是可能的,因为随着数字电子电路技术的进步,单个器件拥有足够强大的运算能力。用FPGA实现的速度控制环路时间和位置控制环路时间分别为3.6μs1和18μs1。与传统软件方法相比这是显著的性能提升,因为传统的位置环路时间一般在毫秒级。

本文为《国际电子商情》原创,版权所有,转载请注明出处并附链接

本文下一页:调制也是提高能效的关键

相关阅读:
? 节能环保需求驱动BLDC马达成为应用热点
? 赛灵思Zynq-7000 All Programmable SoC实现1GHz处理能力
? 低功耗需求催生MCU市场百花齐放

标签 马达??

[ 投票数:? ] 收藏 ??? 打印版 ??? 推荐给同仁 ??? 发送查询 ??? ?订阅杂志

评论
免费订阅资讯速递
信息速递-请选择您感兴趣的技术领域:
  • 安防监控
  • 便携设备
  • 消费电子
  • 通信与网络
  • 分销与服务
  • 制造与测试
  • 工业与医疗
  • 汽车电子
  • 计算机与OA
  • 电源管理
  • 无源器件与模组
  • 新能源
  • 供应链管理
论坛速递
相关信息
  • 基于DSP的马达控制系统
  • 先进的马达控制系统可实现马达与硅芯片技术以及软件的高度集成,以便在提升性能的同时显著节约成本。先进控制器采用的高级技术可提高性能与马达驱动的工作特性。基于数字信号处理器 (DSP) 的新型可编程数字控制器为马达控制系统工程师提供了必要的工具,能够满足当前不断提高的运动控制系统要求。设计人员可充分发挥 DSP 自身的创新功能,包括可编程性、强大的计算功能以及实时控制功能等。

  • 什么是电动马达?
  • 国际电子商情提供相关电动马达技术文章及相关电动马达新闻趋势,及更新最新相关电动马达电子产品技术

  • 什么是完全可编程平台?
  • 国际电子商情提供相关完全可编程平台技术文章及相关完全可编程平台新闻趋势,及更新最新相关完全可编程平台电子产品技术

?新浪微博推荐
Global Sources


编辑推荐
?大家正在说


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
电子元器件数据手册下载
数据手册搜索

Datasheets China.com

《汽车电子特刊》

汽车电子系统在现代的汽车中占有的比重越来越高,对产品设计的工程师来说,产品的设计和验证面临着很多的挑战。本期《汽车电子特刊》将会向您呈现ADI技术对于汽车电子行业的应用等,还有IIC汽车电子论坛的精彩回顾哦!

扫一扫,关注最新资讯

esmc