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直流無刷電機(jī)和無刷直流電機(jī)信息智能網(wǎng)

無刷直流電機(jī)基于ADRC的無感FOC速度控制方案
2022-06-20

世事往往真假錯(cuò)亂，難以區(qū)分。ADRC算法根據(jù)自身的控制能力，只執(zhí)行合理的命令，避免執(zhí)行錯(cuò)誤的命令后，錯(cuò)上加錯(cuò)！ 一、合理的目標(biāo)，合理的結(jié)果 只有按合理的目標(biāo)執(zhí)行，才可能有合理的結(jié)果。例如一個(gè)小孩最多只能出20公斤的力，但強(qiáng)要他搬運(yùn)50公斤的東西，顯然搬不動(dòng)。又例如工廠生產(chǎn)的電機(jī)，額定最高速度只有3000轉(zhuǎn)/分鐘，通過弱磁算法增速10%到3300轉(zhuǎn)/分鐘，是可以實(shí)現(xiàn)的，但要翻倍到6000轉(zhuǎn)/分鐘，肯定實(shí)現(xiàn)不了的。 圖1是無刷直流電機(jī)基于ADRC的無感FOC速度控制框圖。雖然ADRC抗擾能力一流，但如果目標(biāo)和實(shí)際能力差別太大，它也是無能為力的。 圖1 ADRC速度控制 圖2顯示電機(jī)的加速過程。黃線是目標(biāo)速度，它的加速度、最高速都非常大。紅線是實(shí)際速度，它已實(shí)時(shí)地跟進(jìn)目標(biāo)速度，但無奈能力有限，加速開始就明顯滯后目標(biāo)值，最終的速度也不夠高。粉線是驅(qū)動(dòng)電流（電流越大加速度越大），電流在加速階段一直保持最大值，說明驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)盡力了，用了最大的電流，但電機(jī)的加速度還是跟不上。如果要加速度上去，只能更換驅(qū)動(dòng)器或換電機(jī)了。 圖2 目標(biāo)不合理 圖3是讓電機(jī)勻速運(yùn)行的波形圖。黃線是目標(biāo)速度，紅線是實(shí)際速度。實(shí)際速度在目標(biāo)速度附近明顯波動(dòng)，無論怎樣調(diào)節(jié)ADRC參數(shù)，波動(dòng)無法減弱，百思不得其解！ 圖3 速度震動(dòng)1 后來，將波形放大觀看，如圖4。發(fā)現(xiàn)目標(biāo)速度黃線在大概2%的范圍內(nèi)波動(dòng)，實(shí)際速度紅線跟著這個(gè)波動(dòng)。但是這個(gè)是無感FOC系統(tǒng)，電機(jī)速度的測(cè)量精度有限，硬件上實(shí)在沒辦法做到2%以內(nèi)的測(cè)量誤差。目標(biāo)速度波動(dòng)了一點(diǎn)，ADRC就跟著調(diào)節(jié)一點(diǎn)，但輸出控制量太大了，導(dǎo)致電機(jī)速度在大范圍內(nèi)波動(dòng)。 圖4 速度震動(dòng)2 那再來看，2%的目標(biāo)速度波動(dòng)，是誰定的？有必要嗎？產(chǎn)品要求速度按10%調(diào)節(jié)即可，2%顯然沒必要！2%的波動(dòng)怎樣來的？分析一下系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)是調(diào)速的旋鈕電位器引起，電阻值有輕微測(cè)量波動(dòng)！ 二、過濾不合理的目標(biāo) 上面說的2%目標(biāo)波動(dòng)，是不合理的，ADRC反應(yīng)速度快，會(huì)老老實(shí)實(shí)的跟著目標(biāo)調(diào)節(jié)速度，但系統(tǒng)的測(cè)量誤差大，ADRC有心無力，實(shí)際速度跟著波動(dòng)。既然不合理，那我們就濾除不合理的目標(biāo)，給ADRC制定合理的目標(biāo)。 在周立功ADRC軟件庫中，第一步就是用軟件低通濾波器，濾除不合理的目標(biāo)值。軟件低通濾波器的設(shè)計(jì)，我們先從模擬電路分析。圖5是最簡單的RC一階濾波器，e(t)和u(t)分別是濾波器的輸入電壓和輸出電壓，電阻的阻值是R，電容的容量是C。 圖5 RC一階濾波 根據(jù)電學(xué)原理，列出公式1。 公式1 假設(shè)MCU每隔一個(gè)采樣周期TS進(jìn)行一次計(jì)算，在第k-1個(gè)采樣周期輸出電壓為u(k-1)，在第k個(gè)采樣周期輸出電壓為u(k)，輸入電壓為e(k)，如公式2。 公式2 根據(jù)電學(xué)原理，濾波器的截止頻率fc-和RC的關(guān)系是：代入公式2，整理得公式3，其中，使用時(shí)根據(jù)截止頻率、采樣周期等調(diào)節(jié)這兩個(gè)參數(shù)即可。 公式3 濾波后平滑很多，如圖6所示，目標(biāo)速度和實(shí)際速度都在0.5%內(nèi)波動(dòng)，噪聲也降低2db! 圖6 速度穩(wěn)定2 “假作真時(shí)真亦假，無為有處有還無”。給定的目標(biāo)往往是“真假”混在一起，無法區(qū)分，但系統(tǒng)自身的控制能力是可以預(yù)知的，ADRC會(huì)根據(jù)自身的控制能力，過濾掉無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，以免后面越控制越亂。 下一期，我們將繼續(xù)探討ADRC的技術(shù)原理，敬請(qǐng)關(guān)注！ 最后一起欣賞我們?cè)谘械幕贜XP i.MX RT1050的伺服電機(jī)板。i.MX RT1050 是業(yè)界首款跨界處理器，兼具應(yīng)用處理器的高性能與高度集成，以及微控制器的易用性和實(shí)時(shí)功能。i.MX RT1050 基于 ARM Cortex-M7 內(nèi)核，運(yùn)行頻率 600 MHz。 圖7 RT1050伺服電機(jī)板 推薦課程： 張飛軟硬開源，基于STM32BLDC直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器視頻套件 http://t.elecfans.com/topic/42.html?elecfans_trackid=fsy_post

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