单电阻FOC算法实现永磁同步电机的调整步骤和设置

       本文档介绍了使用 单电阻FOC 算法实现永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）调整所需的步骤和设置。由于不同电机存在参数差异，因此需针对不同的电机和负载对该算法进行调整。该电机库已经在在落地扇和空净等风机应用上测试验证。

1

低压12VDC,24VDC开发板

电动驱动开发板

2

调试方法及工具

2.1

 调试工具

  通用工具：电源（直流电源、交流隔离电源）。

  测试工具：万用表、数字电桥、示波器、电流探头。

  仿真工具：JLink PRO。

  软件工具：J-Scope。

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调试步骤

3.1

 硬件测试

  1）. 母线电压测量

  2）. MCU供电电压测量

  3）. 驱动芯片供电电压12V测量

  4）. PWM例程输出测试PWM输出信号是否正常

  5）. 测试运放、ADC采样口电压是否正常

3.1.1

 芯片电源电压

     1). 芯片电电源电压：万用表测试电源5V对GND是否正常。

      2). 并用示波器观测电源的纹波是否符合标准。

3.1.2

运放端电压

     1). 万用表测试运放端电压是否为ADC参考电压的1/2；

      2).观察程序电流基准部分的值是否为2048（MCU的AD为12位，满量程是4096，代表AD参考电压的电压值）附近。

3.1.3

UVW三相输出

     1).为验证MCU输出和功率器件，需测试U、V、W三相输出是否正常。

      2).不接电机，让程序输出固定占空比。

      3).如若没有输出，可能原因：HVIC或MOS异常、芯片异常。

3.1.4

电压基准

     FOC的SVPWM模块中需采集母线电压进行计算，在高低压应用中，因电源电压与MCU的ADC最大采样电压不等，需根据实际情况将母线电压用分压方式来处理。

3.1.5

 电流基准

     根据硬件板上的采样电阻Rsample，运放放大倍数Amp，MCU的ADC参考电压Vs，可计算电流基准、最大采样电流、最小采样电流。一般设计电机运行最大电流在1/2的最大采样电流左右。

      在调节过程中，电机的电流不能超过最大采样电流，也不能小于最小采样电流。若出现超出情况，需根据实际情况重新配置采样电阻和运放放大倍数。

3.2

电机参数测量

3.2.1

 电机极对数MT_Pole_Pairs

     电机的极对数可从电机规范表中获取。也可通过以恒定的转速驱动电机（例如使用另一台电机拖动）并测量反电动势的频率获得，也可以通过快速的将转子转动一周，观察示波器上出现线电压峰值出现的次数即为电机的极数。使用测量得到的频率值，经过公式 1-1 的计算即可得出极对数。

3.2.2

相电阻和相电感

     电机的相电阻和相电感的测量方法如下：

     • 相电阻 —— 用万用表测量永磁同步电机两相绕组间的直流电阻值。将测得的电阻值代入下列公式：MT_Phase_R = 电阻测量值/2

     • 相电感 —— 使用 LCR 表测量永磁同步电机 10 kHz 时两相绕组间的电感。将所测得的电感值代入下面的公式：MT_Phase_L = 电感测量值/2

3.3

配置电机硬件板参数

      驱动板硬件配置在Related_Parameter_Config.h中。硬件设计时，我们建议参考我们的DEMO板或参考设计配置电机驱动使用的PWM、AD等资源。如设计时有所改动，需按以下指引重新配置。

3.3.1

1） PWM配置

      MCU的各个引脚功能是复用的，需要进行配置才能进行使用。上图中就是对驱动电路中的三路PWM进行配置，需要按电路设计图一一对应，并按照MCU的软件库定义进行相应配置。

      开或关闭芯片的内部运放，根据电路设计进行配置。

3.3.1

2） AD配置

电流采样参数

硬件参数：OPA_I_R1、 OPA_I_R2 以及 VDD  都位于 Related_Parameter_Config.h

文件中，其中OPA_I_RS表示电流检测电阻，VDD表示AD转换的参考电压。该文件中的参数根据硬件设计不同而有所变化。

       运 算 放 大 器 用 来 放 大 电 流 检 测 信 号。用 户 应 根 据 硬 件 设 定 放 大 器 增 益 值，为Related_Parameter_Config.h文件中的OPA_Gain值，增益=内部运放选定增益10K/R22=10。

3.3.1

3）  母线电压分压参数

#define Divid_Resist_R1 10                   

#define Divid_Resist_R2 100

3.3.2

 调速接口

PWM调速

3.4

电机性能参数配置

3.4.1

1） 开关频率配置

如下设定PWM频率为16KHZ,死区时间设定50个时钟周期，PWM

3.4.2

电机基本参数设置

电机参数：

MT_Phase_L

MT_Phase_RMT_Pole_Pairs

MT_Volt_Rated和MT_Power_Rated、

MT_Spd_Max

都位于Related_Parameter_Config.h文件中。

电机参数依赖于电机的规范，当测试不同的电机时，应当更新电机参数值。电机参数的设置如下所示。

3.4.3

启动参数设置

3.4.4

电机基本参数设置

        最高转速Set_SpeedMax为规格要求达到的转速，实际设定的最高转速可以比要求高；

      最低转速Set_SpeedMin：调速需要的最低转速，风扇的要求一般在100-200RPM之间。

3.4.4

1） 初始位置检测

预定位在Related_Parameter_Config.h文件:

3.5

驱动器性能参数配置调试

3.5.1

1）  位置环调试

3.5.1

2） 电流环调试

电流环PI参数调节

3.6

性能参数测试优化

4

申明

       本文档中的信息仅是为了让系统和软件 实施者能够使用 SYNWIT 产品而提供。本文 档并未授予任何明示或默示的许可权以根据 本文档中的信息来设计或制造任何集成电路。SYNWIT 保留更改本文档所述任何产品 的权利，恕不另行通知。SYNWIT 不保证其产 品适合任何特定用途，不承担任何因为应用或 使用任何产品或电路而引起的责任，明确否认 任何及所有责任，包括但不限于附带或间接损 害赔偿。SYNWIT 数据手册和/或技术规格中 可能会提供“典型值”参数，这些参数因应用 而异，实际性能可能会随时间而改变。所有工 作参数，包括“典型值”，都必须由客户的技 术专家针对各种具体应用进行验证。

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