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作者：paradoxfx 在高性能的電機(jī)控制應(yīng)用中，我們一般用到磁場定向技術(shù)(FOC)。這個(gè)方法的原理比較直觀，主要是將三相定子電流通過坐標(biāo)變換，分解為轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量，然后分別控制。這一算法涉及到以下步驟： 1. 使用Clarke 和Park 變換，將編碼器的3 相反饋電流輸入和轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)換為正交和直流電流分量。 2. 使用這些電流分量作為兩個(gè)并行運(yùn)行的比例和積分(PI) 控制器的輸入，將直流電流限制為零，把正交電流保持在所需的扭矩水平上。 3. 通過Clarke 和Park 反變換，將PI 控制器的直接和正交電流輸出轉(zhuǎn)換回3 相電流。 FOC的基本原理在從事電機(jī)控制的開發(fā)人員中可謂眾所周知，但是真正能夠把其性能發(fā)揮好卻并不容易，主要的幾個(gè)問題是： 1) 采樣的問題：包括電流的采樣精度、編碼器的分辨率和計(jì)算延時(shí)等。 2) 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與調(diào)諧，如果不清楚電機(jī)的參數(shù)則很難進(jìn)行，目前很大程度上仍然是采用試湊的辦法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易受到電機(jī)參數(shù)漂移的影響。 3) 電機(jī)磁鏈的計(jì)算問題：不管是定子的，轉(zhuǎn)子的還是氣隙的，如果磁鏈計(jì)算的不準(zhǔn)確，則整個(gè)FOC定向的基礎(chǔ)，即定向角度都會產(chǎn)生偏差，嚴(yán)重影響性能。 針對以上問題，TI在C2000系列DSC上面(目前支持TMS320F2806xF系列，包括(80和100管腳的69F, 68F和 62F)提出了InstaSPIN 電機(jī)解決方案，在此對其進(jìn)行一下技術(shù)上的解析，希望起到拋磚引玉的作用。 目前已經(jīng)開發(fā)好的InstaSPIN算法主要面向3個(gè)應(yīng)用場合，如表1所示。 
其實(shí)現(xiàn)的具體方法是，在控制器的ROM中，嵌入了TI自己開發(fā)的FASTTM技術(shù)。這一技術(shù)本身的原理比較復(fù)雜，但是在用戶端來看，我們面對的主要是一些寄存器，包括控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器等，只要正確控制相應(yīng)的寄存器就可以正確發(fā)揮它的性能了。FASTTM技術(shù)主要包括以下方面： 1) 無速度傳感器條件下的定向控制 在一些比較苛刻或者需要很低成本的工業(yè)場合，往往無法安裝編碼器，這時(shí)無速度傳感器的方案是唯一選擇;但是其原理往往比較復(fù)雜，并且很難在低速的情況下取得理想的性能。FASTTM技術(shù)為用戶解決了這一難題。它需要無速度傳感器根據(jù)電機(jī)的電流、電壓和逆變器直流母線的電壓，根據(jù)一定的數(shù)學(xué)關(guān)系來觀測無速度傳感器條件下磁場定向所需要的關(guān)鍵變量的值，包括磁鏈、FOC定向角、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等。具體使用的數(shù)學(xué)關(guān)系目前并沒有開發(fā)，這應(yīng)該算是TI的核心技術(shù)或者商業(yè)機(jī)密，但是這并妨礙我們使用它，并理解其工作方法。其原理框圖圖2 所示。
2) 電機(jī)參數(shù)的自動(dòng)識別 通過電機(jī)參數(shù)的自動(dòng)識別，結(jié)合一些控制理論中的自適應(yīng)和自整定理論，從而可以大大減輕甚至完全將工程師從復(fù)雜且耗時(shí)的調(diào)節(jié)器整定工作中解放出來。 3) 負(fù)載慣量的自動(dòng)識別 在初始狀態(tài)下識別負(fù)載慣量，可以設(shè)定一個(gè)相對保守但是完全可用的調(diào)節(jié)器參數(shù)，如果對性能要求不是太高，甚至不需要再對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。在運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)識別負(fù)載慣量，可以根據(jù)設(shè)置對調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)諧，并計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的最大加減速度等。 使用了FASTTM技術(shù)之后，我們圖1中看到的FOC原理框圖的Encoder部分就可以替換為圖2中的觀測器了。 最后，總結(jié)對比FASTTM與傳統(tǒng)的控制方法，如表2所示
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