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无刷电机调试基础之电角度


过去一年,断断续接待了关于无刷电机如何调试的咨询接近上万人次,能感受到大家对新知识的那份渴求和欲望,也很感激大家的信任!

为了提高学习效率,夯实基础知识,少走一些弯路,特成于此文。

自知经验和能力有限,不足之处在所难免,还请各位同行不吝指教。

无论是有感还是无感,准确的获取转子实时位置是无刷电机稳定控制的前提。因此矢量控制中,电角度的获取往往是一个关键环节。

当我们拿到驱动板后,先不要着急去适配电机参数,首先需要判断电角度和相电流波形是否正常。

以有感霍尔为例,按U、V、W顺序接入电机三相,并按霍尔HU、HV、HW顺序接入霍尔传感器,如果不确定线序,可以用手转动电机,程序里查看读取的霍尔值是否按5->1->3->2->6->4的顺序跳变。

根据矢量控制的原理,当定子磁场旋转时,转子会在旋转磁场的作用下随之旋转起来。因此,在测试阶段,我们可以人为的创造一个旋转磁场,代码的实现方式就是给定一个合适的电压矢量,并让角度按时间的变化去递增或递减,电压矢量的旋转产生磁场磁动势的旋转。

以下代码实现矢量的旋转:

由于开始无法获取转子的初始位置,因此需要采用预定位的方式,给定一个0角度的矢量,可以令:Vd=x,Vq=0;也就是转子磁场与A轴重合,就是所谓的零位。转子会在该磁场力的作用下,运行到零位。

预定位之后,可以根据控制周期,不断的令角度递增或递减,不出意外,电机会随之旋转,旋转的速度决定于角度的变化率,旋转的方向决定于角度的变化方向。

此时可以借助JSCOPE软件,或者一些诸如伏特加之类的串口工具打印波形,由于JSCOPE简单易用,这里以JSCOPE为例:

上图中黄色为给定角度,红色为传感器角度;我们发现给定角度的变化方向和传感器的变化方向不一致。通常为了保证电机正转时角度递增,反转时角度递减,因此需要调换电机的V和W两相的接线顺序,当然也可以在代码里调换。调换后的波形如图:

从上图中可以看出,给定的角度和传感器的输出角度有一定的偏离,这个角度就是初始偏移量,可以在代码里计算得到,也可以通过测量得到。

同样通过这种方式,也可以测试磁编码器的初始偏移量。

添加偏移量后,给定的角度和传感器的角度是重合的,当然由于传感器的安装误差,特别是磁编码器的非线性和偏心率等的影响,以及不同电机的齿槽转矩的影响等,给定的角度和传感器的角度不是严格意义上的完全重合,这个时候想要实现一些高精度的控制,就必须进行传感器的校正,做一些角度补偿。篇幅所限,我们会在后续文章中详细分析这部分的实现。

电机随着给定旋转矢量而转动,此时可以测试相电流的采集是否正常,如果电流采样正常,接下来可以将计算的初始偏移量添加到程序中,并开始调整电流环。

由于是Id为零的矢量控制方式,在调整电流环时,Id 和Iq可以使用同一套PID参数。简单起见,我们可以给定Iq=0,Id=x,改变PI参数,观察Id的响应。也可以直接给定Id=0,Iq=x,测试Iq的响应。

文章转载“上官致远”,侵删!

 

 


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