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作者：paradoxfx 在高性能的電機控制應用中，我們一般用到磁場定向技術(FOC)。這個方法的原理比較直觀，主要是將三相定子電流通過坐標變換，分解為轉矩分量和勵磁分量，然后分別控制。這一算法涉及到以下步驟： 1. 使用Clarke 和Park 變換，將編碼器的3 相反饋電流輸入和轉子位置轉換為正交和直流電流分量。 2. 使用這些電流分量作為兩個并行運行的比例和積分(PI) 控制器的輸入，將直流電流限制為零，把正交電流保持在所需的扭矩水平上。 3. 通過Clarke 和Park 反變換，將PI 控制器的直接和正交電流輸出轉換回3 相電流。 FOC的基本原理在從事電機控制的開發(fā)人員中可謂眾所周知，但是真正能夠把其性能發(fā)揮好卻并不容易，主要的幾個問題是： 1) 采樣的問題：包括電流的采樣精度、編碼器的分辨率和計算延時等。 2) 調節(jié)器的設計與調諧，如果不清楚電機的參數則很難進行，目前很大程度上仍然是采用試湊的辦法，費時費力，而且容易受到電機參數漂移的影響。 3) 電機磁鏈的計算問題：不管是定子的，轉子的還是氣隙的，如果磁鏈計算的不準確，則整個FOC定向的基礎，即定向角度都會產生偏差，嚴重影響性能。 針對以上問題，TI在C2000系列DSC上面(目前支持TMS320F2806xF系列，包括(80和100管腳的69F, 68F和 62F)提出了InstaSPIN 電機解決方案，在此對其進行一下技術上的解析，希望起到拋磚引玉的作用。 目前已經開發(fā)好的InstaSPIN算法主要面向3個應用場合，如表1所示。 
其實現(xiàn)的具體方法是，在控制器的ROM中，嵌入了TI自己開發(fā)的FASTTM技術。這一技術本身的原理比較復雜，但是在用戶端來看，我們面對的主要是一些寄存器，包括控制寄存器、數據寄存器等，只要正確控制相應的寄存器就可以正確發(fā)揮它的性能了。FASTTM技術主要包括以下方面： 1) 無速度傳感器條件下的定向控制 在一些比較苛刻或者需要很低成本的工業(yè)場合，往往無法安裝編碼器，這時無速度傳感器的方案是唯一選擇;但是其原理往往比較復雜，并且很難在低速的情況下取得理想的性能。FASTTM技術為用戶解決了這一難題。它需要無速度傳感器根據電機的電流、電壓和逆變器直流母線的電壓，根據一定的數學關系來觀測無速度傳感器條件下磁場定向所需要的關鍵變量的值，包括磁鏈、FOC定向角、轉速、轉矩等。具體使用的數學關系目前并沒有開發(fā)，這應該算是TI的核心技術或者商業(yè)機密，但是這并妨礙我們使用它，并理解其工作方法。其原理框圖圖2 所示。
2) 電機參數的自動識別 通過電機參數的自動識別，結合一些控制理論中的自適應和自整定理論，從而可以大大減輕甚至完全將工程師從復雜且耗時的調節(jié)器整定工作中解放出來。 3) 負載慣量的自動識別 在初始狀態(tài)下識別負載慣量，可以設定一個相對保守但是完全可用的調節(jié)器參數，如果對性能要求不是太高，甚至不需要再對其進行調節(jié)。在運行過程中實時識別負載慣量，可以根據設置對調節(jié)器進行調諧，并計算整個系統(tǒng)的最大加減速度等。 使用了FASTTM技術之后，我們圖1中看到的FOC原理框圖的Encoder部分就可以替換為圖2中的觀測器了。 最后，總結對比FASTTM與傳統(tǒng)的控制方法，如表2所示
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