采用8位微控制器實(shí)現(xiàn)無傳感器磁場(chǎng)定向控制

　　由于具有更高的效率、更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及更小的扭矩波動(dòng)，磁場(chǎng)定向控制（FOC）正越來越多地被應(yīng)用于消費(fèi)和工業(yè)電機(jī)中。采用英飛凌8位微控制器XC886和XC888實(shí)現(xiàn)無傳感器FOC技術(shù)（當(dāng)輸出15kHz PWM載頻和133ms電流控制響應(yīng)時(shí)間時(shí)）只需要占用58%的CPU負(fù)荷，就足以滿足特定功能應(yīng)用的需求。經(jīng)過高度優(yōu)化的PWM單元CAPCOM6E能觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器來測(cè)量單直流母線電阻上的電流，為能在標(biāo)準(zhǔn)的8位微控制器上實(shí)現(xiàn)無傳感器FOC創(chuàng)造了條件。16位無傳感器FOC算法僅由片上內(nèi)嵌的協(xié)處理器MDU和CORDIC（矢量計(jì)算機(jī)）以及8051兼容CPU的聯(lián)合應(yīng)用就可以實(shí)現(xiàn)。MDU是一個(gè)16位乘法和除法單元，CORDIC是一個(gè)專用于矢量旋轉(zhuǎn)和角度計(jì)算的16位協(xié)處理器。

　　在英飛凌8位微控制器XC886和XC888上實(shí)現(xiàn)的無傳感器磁場(chǎng)定向控制，能為電器制造商所面臨的能耗要求和定價(jià)壓力提供完美的解決方案。和大多數(shù)采用硬編碼方式實(shí)現(xiàn)的其它類型的FOC不同，基于XC886/8微控制器的解決方案具有軟件重復(fù)編程能力所帶來的附加優(yōu)勢(shì)，能向用戶提供靈活多變的應(yīng)用選擇。

　　無傳感器的磁場(chǎng)定向控制

　　磁場(chǎng)定向控制算法需要轉(zhuǎn)子位置的信息。轉(zhuǎn)子位置可以通過諸如編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等位置傳感器來獲得。另一種更省成本的方法是用于無刷直流電機(jī)（BLDC）的無傳感器FOC。這一方法是基于轉(zhuǎn)子永磁體與定子磁場(chǎng)的相互作用而實(shí)現(xiàn)的。

　　為了確定轉(zhuǎn)子的實(shí)際角度，能通過對(duì)特定的電壓積分來得到磁通量矢量。

　　基于特定微分方程的電壓模型只是旋轉(zhuǎn)場(chǎng)電機(jī)的一個(gè)簡(jiǎn)單模型。定子的電流矢量i_s需要相電流的精確測(cè)量。用一個(gè)截止頻率很低的低通濾波器來代替電流矢量能簡(jiǎn)化積分。

　　在標(biāo)準(zhǔn)8位微控制器上實(shí)現(xiàn)的無傳感器磁場(chǎng)定向控制（FOC）能以最小的系統(tǒng)代價(jià)獲得正弦換向的全部?jī)?yōu)勢(shì)。當(dāng)在直流環(huán)節(jié)中只使用單個(gè)電阻采樣來獲取相電流時(shí)，對(duì)快速精確的模數(shù)轉(zhuǎn)換有很苛刻的要求。相電流必須在直流母線電流信號(hào)（三相空間矢量脈沖寬度調(diào)制的響應(yīng)）外被重建。

　　空間矢量是一條中心點(diǎn)能在空間中“浮動(dòng)”的正弦曲線。三相空間矢量由一個(gè)可以被分割成六部分的六邊形來表示。電壓空間中的任何一條矢量都包含來自其中一相的“實(shí)”電壓和來自另外兩相的“虛”直角電壓?？臻g矢量算法將確定處于第一、第二個(gè)有效狀態(tài)以及無效狀態(tài)的時(shí)間，從而得到所需的空間矢量的幅度和角度。參見圖1中的實(shí)例。第一個(gè)有效狀態(tài)（b&f）的時(shí)間為TU，第二個(gè)有效狀態(tài)的時(shí)間（c&e）為T-W，無效狀態(tài)的時(shí)間為T0 ，其會(huì)出現(xiàn)兩次，第一次出現(xiàn)在（000）矢量位置（a&g），第二次出現(xiàn)在（111）矢量位置（d）。

　　為了在直流母線電流外重建相電流，必須在有效狀態(tài)期間觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。完美的正弦換向要求空間矢量也能精確地指向六邊形的交角處。這樣在直流環(huán)節(jié)上就只有一路相電流被測(cè)量，并且也只有一路相電流被重建。但是FOC算法本身不允許出現(xiàn)這一情況。因此必須采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制來消除六邊形的交角。交角的消除會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)中出現(xiàn)一些紋波，必須盡可能地減小這些紋波。