TMPM370
应用手册
无传感器BLDC马达的矢量控制
【 暂定版 】
版本 0.4 2011/07/13
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目录
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马达控制 ...................................................................................................................................................................................... 3 矢量控制的原理 .......................................................................................................................................................................... 4 2.1 2.2
方框图 ............................................................................................................................................................................... 4 反馈信息 ........................................................................................................................................................................... 4
2.2.1 电流测定........................................................................................................................................................................... 4 2.2.2 位置检测........................................................................................................................................................................... 7 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
UVW /αβ变换（Clarke变换） ....................................................................................................................................... 8 αβ/ dq 变换（Park变换） .............................................................................................................................................. 9 PI 控制 ........................................................................................................................................................................... 10 转子位置估算 .................................................................................................................................................................. 11 频率控制、电流控制 ...................................................................................................................................................... 12 dq /αβ变换（逆Park变换） ......................................................................................................................................... 12 αβ / UVW 变换 .............................................................................................................................................................. 13
2.9.1 2相调制的 U、V、W 波形 (Vd = 0 时) .................................................................................................................... 15 2.9.2 3 相调制的 U、V、W 波形 (Vd = 0 时).................................................................................................................... 17 2.10 3 3.1 3.2
弱磁控制 ......................................................................................................................................................................... 20 概要 ................................................................................................................................................................................. 21 电路规格 ......................................................................................................................................................................... 21 TMPM370马达控制内置电路 .................................................................................................................................................. 21
3.2.1 矢量引擎......................................................................................................................................................................... 22 3.2.2 A/D 转换器 .................................................................................................................................................................... 29 3.2.3 PMD电路（马达控制电路） ........................................................................................................................................ 34 4
用于矢量控制的外部电路 ......................................................................................................................................................... 43 4.1 4.2 4.3
概述 ................................................................................................................................................................................. 43 马达控制电路 .................................................................................................................................................................. 43 调试接口 ......................................................................................................................................................................... 45
4.3.1 概述 ................................................................................................................................................................................ 45 4.3.2 调试接口端口的设定 ...................................................................................................................................................... 45
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1 马达控制
马达控制执行流程如图 1-1所示。
接通开关 定位时间结束 速度指令值≥最低频率 切换时间结束 停止 定位 强制运转 强制→稳定切换 稳定 关闭开关 关闭开关 关闭开关 关闭开关
图 1-1:马达控制阶段的状态迁移
马达控制具有图１所示的5个控制阶段。要启动马达使其稳定运转，需要依次进行各阶段操作。 即停止（Stop）阶段、定位（Initposition、也称作直流励磁）阶段、强制运转(Force)阶段、强制→稳定转换(Change_up)阶段、稳定(Steady_A)阶段。各个阶段的处理，需要实施与该阶段相对应的控制。
停止（Stop）阶段时，马达停止。
定位（Initposition、也称作直流励磁）阶段时，电流流经马达线圈使铁芯处产生磁通量，将转子的位置固定于0点附近。位置确定完成后，进入下一阶段。
强制运转 (Force)阶段时，转子开始旋转。该阶段并非进行矢量控制反馈处理，而是强制地加入旋转磁场、转子追随该旋转磁场进行旋转。角速度指令值达到最低频率时，进入下一阶段。
強制→稳定的切换(Change_up)阶段时，马达进行从强制运转切换至稳定状态的处理。使马达配合转子的位置进行转动（原本马达旋转与转子位置无关）。强制到稳定切换完成后，进入下一阶段。
稳定(Steady_A)阶段时，按照转子位置和马达目标旋转速度进行驱动。
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2 矢量控制的原理
无传感器BLDC 马达的矢量控制方框图与各方框处的处理如下。 2.1 方框图
Id_ref 速度控制 Iq_ref ω 电流控制 Vd 坐标轴变换dq→αβ 相位变换 2相-3相 PWM回路 Vq SIN COS θ 变频器回路 马达 转子位置估算 Id Iq 坐标轴变换αβ→dq 相位变换 3相-2相 ADC θ: 转子的电角度 ω: 转子的角速度 图 2-1 控制方框图
2.2 反馈信息
通过转子位置，相电流，电源电压等进行矢量控制反馈。 2.2.1
电流测定
检验马达电流的方法有，使用电流传感器的方法以及串联插入分流电阻测量反电势的方法。这里，就使用分流电阻的方法进行以下说明。
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2.2.1.1 3电阻方式
u PWMPWMVDC IU → IV → v PWMw x PWMIx↓ PWMIy↓ y PWMIz↓ z → IW 分流电阻 BLDC马达
图 2-2 3电阻方式的驱动电路
马达电流IU、IV、IW 可以根据流经连接在下相的功率器件 x、y、z上的分流电阻Rx、Ry、Rz的电流Ix、Iy、Iz 计算出来。比如、上相 u 与下相 y、z 处于on时，IV = -Iy、IW = -Iz、IU = -IV - IW 。运算方法根据磁场的方向θs 的不同而不同。
扇区1 (θs = 0～60): 电流方向 U -> V、W 和 U、V -> W。(100) 和 (110) IV = -Iy、IW = -Iz、IU = -IV - IW
扇区2 (θs = 60～120): 电流方向 U、V -> W和V -> W、U。(110) 和 (010) IW = -Iz、IU = -Ix、IV = -IW - IU
扇区3 (θs = 120～180): 电流方向 V -> W、U和V、W -> U。(010) 和 (011) IW = -Iz、IU = -Ix、IV = -IW - IU
扇区4 (θs = 180～240): 电流方向 V、W -> U和W -> U、V。(011) 和 (001) IU = -Ix、IV = -Iy、IW = -IU - IV
扇区5 (θs = 240～300): 电流方向 W -> U、V和W、U -> V。(001) 和 (101) IU = -Ix、IV = -Iy、IW = -IU - IV
扇区6 (θs = 300～360): 电流方向 W、U -> V和U -> V、W。(101) 和 (110) IV = -Iy、IW = -Iz、IU = -IV – IW
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