无刷电机foc笔记2（V/F控制实现)

ctime:2019-09-06 18:42:18 +0800|1567766538

标签（空格分隔）： 硬件 技术

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VF控制实际上是一种开环的驱动方式。在前一篇博文中已经讲了，实际上只要对无刷电机或者PMSM通入三相的正弦交流电，电机即可转动。

VF控制就是这种方式，他无需知道电机当前的旋转角度，仅仅需要无脑输入三相交流电即可。
那么通过改变电压与频率的比值，也就是V/F，就可以进行调速以及调力矩

• 在基频以下，电机为恒力矩运行（因为还未到额定功率）
• 在基频以上，电机为恒功率运行（此时速度越快，电机力矩越小）,也叫做弱磁扩速

VF控制的实现方式有多种，比较常见的是使用SPWM或者SVPWM。
SVPWM的方式对于母线电压利用率可以比SPWM高个15%左右(推导详情请看书)

实际上，几乎所有没有编码器的云台都是用这种方式驱动的电机,用这种方式驱动云台电机有一个好处，就是
机械结构很简单，毕竟多安装一个编码器，磁编码器也好，光电码盘也好，都需要额外的结构，有点麻烦

这里用的是SVPWM来实现的V-F控制。为什么这里要实现一个V-F控制呢。因为实际上FOC比较复杂，但原理与
VF有相似之处（相似的地方在于SVPWM，但如何使用SVPWM，二者不太相似），且VF较为简单，可以先测试一下SVPWM
写得对不对。当然了，我一开始仅仅只是为了测试一下SVPWM，并不知道这种方式就是VF控制。

实现思路

实现SVPWM

• SVPWM的输入是期望电压矢量，形式可以是极坐标形式（幅度，theta），也可以是三角坐标形式（X,Y）
  • 两种方式各有优劣，看之后计算怎么写吧
• 然后判断期望电压矢量落在哪个扇区。如果使用极坐标计算的话，这里就很简单了，直接把theta/6，然后判断即可。如果是XY可能就麻烦一点了。
• 判断是什么扇区之后，通过查表查出这个扇区的两个电压矢量是哪两个,分别记为u1 u2。
• 判断出来之后，就可以计算出这两个电压矢量分别需要作用的时间t1 t2,t1 t2我是用百分比表示的，后来证明这个表示方式对简化计算很有帮助
• 计算出t1 和t2后，就可以计算出t0和t7（分别是两个零矢量作用时间，000和111）
• 有了t1 t2 和t7，(t0可以不用（因为实际上t0对CCR无贡献)),接下来可以计算CCR了。
  • CCRA=u1.at1+u2.at2+u7.a*a
  • CCRB和CCRC同理，这样实际上是计算出某一相需要导通的占空比
• 然后真正赋给定时器的CCR1 CCR2 CCR3的时候，乘以定时器的ARR就行了。
• 定时器方面需要注意的几个点：
  • 定时器的频率如何计算，这个留在后面讲
  • 定时器需设置为中心对称模式，且开启互补模式
  • 需要注意设置为PWM1模式或者是PWM2模式，按照我上面写的算法，设置为PWM2模式会简单一点
  • RCR（重复计数器需要设置成1），也就是一次上溢+一次下溢才触发一次定时器更新
  • 定时器需要开启预装载，这样每次修改完CCR的值，不是立即更新，而是等到更新事件发生后再修改。参考手册中把那个实际起作用的叫做影子寄存器，而用户平时修改的并不是影子寄存器。当然了，如果没开启预装载，那么用户的修改就直接修改到影子寄存器上了。
• 这样可以说就是一次SVPWM运算周期了，我用示波器测了一下运行时间，大概是2us。(STM32F405，开启浮点库，三角运算使用浮点库)

V-F

终于到V-F了，前面讲了这么多可惜都和V-F没啥关系，VF实际上比SVPWM的实现还简单，毕竟他是SVPWM的上层。

• V-F的思路是，刚上电的theta为0，每次增加一个小增量作为期望电压矢量,如果上面使用极坐标的形式，那么这里只要每次把theta加一下就好了。
• 那么这个小增量是多少呢？
  • 实际上这也跟奈奎斯特采样定理有关系，需要采集多少个点才可以恢复出波形？理论上来说只需要2步（2倍原频率），但实际上这样恢复出来的肯定不是正弦波了，因此这个划分多少步是越多越好（在处理器能处理的情况下）
• 还有一个问题，就是前面所说的，定时器的频率应该是多少？
  • 我们先计算一下电机旋转的频率，因为我们通过SVPWM产生的正弦波的频率就是电机运转的频率，也叫（载波频率，电源频率）
    • 我们希望的转速是1rps
    • 再把极对数考虑进去，假设电机为7对极，那么电机转一圈实际上要划分的实际步数为71一圈的步数,这就是定时器1s的中断频率
    • 但考虑到定时器是时中心对称模式，因此实际上写进去的ARR还需要再除以2
    • 需要注意的是，这个定时器的频率也叫开关频率，也就是我们平时PWM的频率。这个频率最好超过20K，这样人耳就听不到了，否则如果频率太低，就会听到嗡嗡的声音，让你误以为你SVPWM或者什么地方有问题
• 现在有一个问题是，定时器的频率与 划分粒度和 转速相关，如果改变转速的话，定时器的频率会变，解决办法也简单，同步改变划分粒度就是了，低转速下划分粒度就大点，高转速下划分粒度就小点