从工程经验角度分析直流无刷电机FOC控制(七)滞环控制

1.FOC有几种

对于电压源逆变器供电的控制系统,电流环的控制可以简单地分为静止坐标系下的电流控制以及同步旋转坐标系下的电流控制。对于旋转坐标系下的电流控制,目前常用的是滞环电流控制和PI 电流控制。

很多人会误以为:FOC = PI + SVPWM,其实这是一个误区。准确来说:FOC(Field Oriented Control,磁场定向控制)是一种控制思想,而不是一种固定的控制器结构。

判断是不是FOC,主要看有没有下面这几个步骤:

① 坐标变换(Park/Clarke)

② d轴和q轴解耦

③ 电角度参与控制

FOC主要有两种类型:

第一种:电压型FOC(最常见),也就是PI + SVPWM,ST、TI、英飞凌......,几乎所有主流芯片和方案FOC都是这种。

传统FOC:速度PI → 电流PI → SVPWM → 逆变器。

第二种:电流型FOC,这里没有SVPWM。而是Hysteresis Current Control(HCC)

所以它叫Current-Controlled FOC或者 FOC with Hysteresis Current Control

滞环FOC:速度PI → 滞环电流控制器 → 逆变器。

但是因为它有一个很大的缺点,滞环控制的PWM频率不是固定的。

例如:负载小时8KHz的频率,负载大时20KHz的频率,高速时甚至30KHz,的频率,所以频率一直变化。

这样会带来一些问题:

  • MOS开关损耗不好计算
  • 硬件电路EMI不好设计
  • 电流采样时间不好安排
  • MCU实时性要求高

2.滞环控制原理

在电压源逆变器中,滞环电流控制提供了一种控制瞬态电流输出的方法。其基本思想是将电流给定信号与检测到的逆变器实际输出电流信号相比较,若实际电流值大于给定值,则通过改变逆变器的开关状态使之减小,反之增大。这样,实际电流围绕给定电流波形作锯齿状变化,并将偏差限制在一定范围内。因此,采用滞环电流控制的逆变器系统包括转速控制环和一个采用Bang-Ba ng 控制(滞环控制)的电流闭环,这将加快动态调节和抑制环内扰动,而且这种电流控制方法简单,且不依赖于电机参数,鲁棒性好。

其缺点在于: 逆变器的开关频率随着电机运行状况的不同而发生变化,其变化范围非常大,运行不规则,输出电流波形脉动较大,并且这些变化都会带来噪声。虽然可以利用引人频率锁定环节或改用同步开关型的数字实现方法来克服上述缺点,但是实现起来比较复杂。实际上,因为三相之间的相互联系,电流的纹波值可以达到两倍的滞环大小。

所以滞环电流控制器(Hysteresis Current Controller,HCC)替代了传统FOC中的电流PI调节器和SVPWM模块,实现了电流闭环控制。滞环控制器既承担了电流PI的作用,又承担了SVPWM的部分作用。

3.滞环控制Simulink仿真模型解析

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