基于东芝TMPM374微处理器无刷直流电机变频控制

时间:2022-03-15作者:佚名

为了响应绿色环保,节约能耗,降低噪音,直流变频调速发展越来越普及,调速的性能也不断地提高。矢量控制理论经过几十年的发展,技术也比较成熟。为此东芝开发了基于ARM Cortex—M3内核的M370系列微处理器,该系列微处理器主要用于电机控制,内置了硬件矢量引擎VE,矢量控制算法由硬件实现。东芝TMPM374作为主控制器,和东芝IPD功率驱动模块及电流采样模块,构成了无位置传感器的无刷直流电机变频驱动控制方案。该方案利用微处理器内置的硬件矢量引擎VE,减少了软件工作量,软硬件巧妙的配合,输出三相正弦波来控制电机,使整个控制系统成本低,能耗低,噪音低,在家电变频控制领域得到了广泛应用。

1 引言

由于无刷直流电机结构简单、能耗低、易于维护,采用无位置传感器控制方式,降低了成本,因此越来越受到大家的青睐。东芝长期从事变频技术的研发,在TMPM370系列微处理器中设计了独特的内置硬件矢量引擎(VE),矢量控制各种算法和数据传递通过硬件实现,减少了软件工作量。参考该解决方案,用户缩短了开发周期,变频产品也稳定可

靠。因此被应用于变频空调、洗衣机、冰箱、空气清新器和直流风扇等变频家电领域。

2 矢量控制

电机矢量控制方框图如图1所示,位置、速度、电流构成三闭环控制系统,最内环是电流环,直接影响系统的响应速度,接下来是速度和位置环,均采用PI控制方法,其中速度控制和转子位置估算由软件实现,电流控制由内置的硬件矢量引擎VE实现。硬件矢量引擎VE完成矢量控制算法,减少了软件处理工作,也可以根据需要灵活选择各处理任务。用户只需根据不同电机,调整一套合适的PI控制参数,电机就能达到很好的控制效果。

2.1 相电流检测

电机相电流采用串联分流电阻测量反电势的检验方法。三电阻检测的方式如图2所示,电流IU、IV、IW可以根据分流电阻Rx、Ry、Rz的电流Ix、Iy、Iz计算,计算公式如下表1所示。

2. 2 UVW/αβ变换(Clarke变换)

矢量由从三相静止坐标系(UVW)变换到两相静止坐标系(αβ),叫Clarke变换。给三相U、V、W线圈加入电流IU、IV、IW产生的磁场和给两相α、β线圈加入电流Iα、Iβ产生的磁场相同,IU、IV、IW和Iα、Iβ它们之间的关系根据以下公式计算,注意U与α方向相同。

Iu Iv Iw=0 Iα=Iu Iβ=(Iu 2Iv)/√3

2.3 αβ/dq变换(Park变换)

矢量由两相静止坐标系变到两相旋转坐标系的变换,称为Park变换。给d、q线圈加入电流Id、Iq产生的磁场和给α、β线圈加入电流Iα、Iβ产生的磁场相同,Id、Iq和Iα、Iβ它们之间的关系可以根据以下公式计算:

Id=cosθ×Iα sinθ×Iβ Iq=-sinθ×Iα cosθ×Iβ

2.4 dq/αβ变换(Park逆变换)

矢量由两相旋转坐标系变到两相静止坐标系的变换,称为Park逆变换。即是αβ/dq变换的逆变化,可以根据以下公式计算:

Vα=cosθ×Vd-sinθ×VαVβ=sinθ×Vd cosθ×Vq

2. 5 αβ/UVW变换(Clarke逆变换)

矢量由两相静止坐标系αβ变换到三相静止坐标系(UVW),叫Clarke逆变换。即是UVW/αβ变换的逆变化,可以根据以下公式计算:

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