TI 无传感电机控制算法介绍-InstaSpin FAST估算器

大家好 欢迎大家参加TI工业研讨会

我是TI Century FAE Igor An

今天由我继续给大家介绍TI的 无传感电机控制加PFC解决方案

今天我继续为大家介绍TI为大家 提供的无传感电机控制算法

今天我们要主要介绍的是 TI的instaSPIN FOC

就是我们之前提到的FAST的估算

那在FAST的估算呢 它有几个特点

那第一呢 就是FAST的估算 其实我们是一个万能估算器

它会支持几乎所有类型的电机

包括交流异步电机 和永速同步电机

以及一些这种步径啊 这个风波啊

都是支持的 都是用同一套软件 去估算转子位置

那同时我们会有一个 参数变识的环节

它是offline的

我们可以对电机的参数 进行有效辨识

那参数辨识的这个输出呢

就是包括我们主要的定子电阻 定子电感 反定式常数等等

这些电机最基本的这种信息

那还有呢 就是说我们根据 这个参数辨识以及FAST库

我们会自动地计算 我们的IdIq的控制环路参数

这个参数会自动计算

然后除了这个offline的参数辨识之外

我们还有一些参数是 可以online地去进行自动校正的

这online校正呢 这个功能呢 大家可以开或者关

您可以用它自动校正仪 也可以不用

那这个可以online 校正的这个参数呢

是定子的电阻

那我们可以做一个 online的定子电阻校正

同时呢 我们的这个反定式常数呢

也会是在online的时候 实时的去把它刷新和更新的

从而保证了我们在这个 整个工况或者速度

速度范围内

它的这个估算器输出的角度 精度能够得以保证

然后还有这个罗茨 自动罗茨或者手动罗茨环节

这个PowerWarp

这个是专门针对 感应电机去做的一个功能

它会去找最佳的 这个电机输出的效率点

提高我们电机的 这个整个系统的效率

当然这个速度环

速度环的这个控制器的这个参数 是需要大家自己调的

当然这个是在这个FOC里面

那我们如果去下MotorWare的话

大家还可以发现一个叫 instaSPIN motion的一个软件库

那其实instaSPIN motion 它是包含FOC

只是它用一个更先进的控制器

去替代我们传统 用在速度环的PI控制器

我们可以讲 motion其实就是用了 一个更新的速度环的控制器

去替代这里

那用了motion之后 这个速度环的控制器

其实也不需要大家怎么调了

那因为motion 它会有这个惯量辨识

有一些这种机械方面的 这种自动辨识能力和功能

大家可以把这个负载的机械特性

用这个motion的库去辨识出来

然后得到一个motion的这个控制器

那这个大家了解可以在TI的 网址上去down一下motion

然后去找一些motion的 相关介绍资料

那在FOC里面呢 这个控制器一般是PI啦

那需要大家根据自己系统 和负载去自己去调节

那我们这套软件呢 它性能是非常优异的

那我们把这套软件的 主要估算器

我们是在出厂的时候 是掩膜在我们ROM区的

那大家可以选择是 只是用这个FAST

只让FAST库在ROM区跑

还是说我全部的这个 FOC环路都让它在ROM区跑

那就是说我客户 几乎不改任何东西

全都是用这个默认的这个 只不过 我回去匹配一下这个速度环的参数

那或者还有一个选择呢 就是可以 只让这个FAST跑在ROM区

那剩下的环路我再额外在外面 自己写 都可以改变

那输出就是flux angle speed torque 这个FAST这个四个信息

它的启动力矩可以这个非常大 那它这个

除了这个主要的FAST的 估算器的一些功能之外

我们在这个MotorWare 这个软件里面

还开发了很多这种跟它相关 跟电机控制相关的一些功能

比如说过调制功能 我们可以把 整个的这个duty推到百分之百

甚至 推到百分之百

那最终的电流波形呢 我们可以从正旋推成方波

那直接就是FOC的

因为我们的发出去的 这个duty是 已经是满duty

就是持续时间很长的满duty

那实际看出来的波形就是方波

那这个就是我们的过调制技术

那这个在MotorWare 里面也是有的

这部分的算法大家都 完全open source可以看到的

那还有一些这个 力矩补偿啊等等等等

我们之前也提到过 都在这个 MotorWare 软件库里面会包含

这个图呢就是 给大家展示的就是

我们FAST再加所有的FOC环路

都在ROM区的这种框图

那还有就是说我只让这个FAST

这个estimator在这个ROM区

其他的这些外围的这个 FOC所相关的这些软件

我都要它在我的flash 客户可以修改的

那这个就是我们提到的 instaSPIN motion

那它的这个主要特点呢

就是我用一个 先进的这个控制器

去替代我速度环的 原来的这个PI

那它的有这个惯量辨识的功能

同时呢 它的这个 用这种先进控制算法

所做的这个控制器呢

只要一个参数 所以我们去调试它

它也需要一定的调试

当然它会自动辨识 给您一个参考的初始值

那如果对这个初始值的 性能并不满意呢

你可以去进行调节

这个调节呢只是单参数调节 那之前我们会需要KpKi

那你速度环的PI参数 至少还要调两个

那现在我们只要调一个 非常容易去调节

同时它的这个适应范围非常广

那我们用过motion的 这些工程师可能会讲

那motion呢 它是用先进控制算法

但是某些这个点上不见得PI 就比motion的控制效果差

那其实这一点确实也是这样

但到我们要讲motion呢 它的特点是它的自适应性

它的宽范围宽稳定域度上

那我们用过PID做速度环的 工程师可能比较了解

因为一般的如果要每个速度段

每一种负载情况下 我都要我的 速度环我的PI有一个很好的性能

可能我要把我的整个系统中 分成非常多的段

然后每一段我用不同的 PI调节器的值去来回切换

这样我才能保证 我每个点的性能都比较好

那这就是一个问题 但是如果是用motion的话

我们不能讲就是你 完全一个motion的参数

就是整个速度范围 所有工况全都覆盖了

那至少你可以少分段

或者你可能整个速度段 只有两个motion参数就可以了

你用PI可能得用五六个

那我们是

这个实际上是motion的 比较客观的一个表现的特性

那这个就是motion的它的 主要的一个功能框图

后边的这个我们没有画出来的 这个就是FOC的那部分框图

那在motion里面 它主要关注的速度环

那在速度环里面 它有的一些功能呢

除了我们刚才说的这个 它有一个 先进控制算法的控制器之外

它还有一些跟运动控制相关的 比如说轨迹规划

这个有一个轨迹的plan 或者轨迹的move

那这个move就是 我们的轨迹规划

就是我们做运动控制的 工程师会比较熟悉的

我会有jerk加速度 然后速度

然后到底是平缓是横加速度

还是横jerk的这种轨迹规划

那plan呢就是说 我整个这个系统运动

比如说在前十秒我做一个加速

后面五秒我是在匀速运动

再十秒我可能这个 正负预速度都往负

那就是一个长时间的 这个运动轨迹规划

好 下面这个就是我们TI给大家 提供的这种免费的资源

那第一个就是ControlSUITE 那之前我们给大家介绍过

它里面包含这个PowerSUITE 那会有一些数字电源相关的东西

还有一个就是可以给您一个库 让您实现这个环路分析仪功能

这些全都是免费的

可以替代您的这个非常昂贵的 环路分析仪这个设备

那还可以重新画界面去设计 您的这些数字电源相关的

这个拓扑的一些控制

那我们目前支持的 一些拓扑就是buck boost

一些简单的这种拓扑 单向的逆变等等等等

那我们支持的这些拓扑中呢 我们通过图像化的配置

可以自动帮您生成代码

然后MotorWare呢 就是我们 instaSPIN的这个所有的软件

主要这个给大家共享的一个点

那MotorWare呢

除了我们刚才提到的 强调的 这个FAST的这个估算器之外

它还有一些非常好的这些功能 也集成在MotorWare里面

比如说力矩补偿 比如说这个高频注入

那这个实际上已经在我们的 MotorWare里面已经发布了

好 谢谢大家的时间

欢迎大家继续关注TI的产品

大家好 欢迎大家参加TI工业研讨会

我是TI Century FAE Igor An

今天由我继续给大家介绍TI的 无传感电机控制加PFC解决方案

今天我继续为大家介绍TI为大家 提供的无传感电机控制算法

今天我们要主要介绍的是 TI的instaSPIN FOC

就是我们之前提到的FAST的估算

那在FAST的估算呢 它有几个特点

那第一呢 就是FAST的估算 其实我们是一个万能估算器

它会支持几乎所有类型的电机

包括交流异步电机 和永速同步电机

以及一些这种步径啊 这个风波啊

都是支持的 都是用同一套软件 去估算转子位置

那同时我们会有一个 参数变识的环节

它是offline的

我们可以对电机的参数 进行有效辨识

那参数辨识的这个输出呢

就是包括我们主要的定子电阻 定子电感 反定式常数等等

这些电机最基本的这种信息

那还有呢 就是说我们根据 这个参数辨识以及FAST库

我们会自动地计算 我们的IdIq的控制环路参数

这个参数会自动计算

然后除了这个offline的参数辨识之外

我们还有一些参数是 可以online地去进行自动校正的

这online校正呢 这个功能呢 大家可以开或者关

您可以用它自动校正仪 也可以不用

那这个可以online 校正的这个参数呢

是定子的电阻

那我们可以做一个 online的定子电阻校正

同时呢 我们的这个反定式常数呢

也会是在online的时候 实时的去把它刷新和更新的

从而保证了我们在这个 整个工况或者速度

速度范围内

它的这个估算器输出的角度 精度能够得以保证

然后还有这个罗茨 自动罗茨或者手动罗茨环节

这个PowerWarp

这个是专门针对 感应电机去做的一个功能

它会去找最佳的 这个电机输出的效率点

提高我们电机的 这个整个系统的效率

当然这个速度环

速度环的这个控制器的这个参数 是需要大家自己调的

当然这个是在这个FOC里面

那我们如果去下MotorWare的话

大家还可以发现一个叫 instaSPIN motion的一个软件库

那其实instaSPIN motion 它是包含FOC

只是它用一个更先进的控制器

去替代我们传统 用在速度环的PI控制器

我们可以讲 motion其实就是用了 一个更新的速度环的控制器

去替代这里

那用了motion之后 这个速度环的控制器

其实也不需要大家怎么调了

那因为motion 它会有这个惯量辨识

有一些这种机械方面的 这种自动辨识能力和功能

大家可以把这个负载的机械特性

用这个motion的库去辨识出来

然后得到一个motion的这个控制器

那这个大家了解可以在TI的 网址上去down一下motion

然后去找一些motion的 相关介绍资料

那在FOC里面呢 这个控制器一般是PI啦

那需要大家根据自己系统 和负载去自己去调节

那我们这套软件呢 它性能是非常优异的

那我们把这套软件的 主要估算器

我们是在出厂的时候 是掩膜在我们ROM区的

那大家可以选择是 只是用这个FAST

只让FAST库在ROM区跑

还是说我全部的这个 FOC环路都让它在ROM区跑

那就是说我客户 几乎不改任何东西

全都是用这个默认的这个 只不过 我回去匹配一下这个速度环的参数

那或者还有一个选择呢 就是可以 只让这个FAST跑在ROM区

那剩下的环路我再额外在外面 自己写 都可以改变

那输出就是flux angle speed torque 这个FAST这个四个信息

它的启动力矩可以这个非常大 那它这个

除了这个主要的FAST的 估算器的一些功能之外

我们在这个MotorWare 这个软件里面

还开发了很多这种跟它相关 跟电机控制相关的一些功能

比如说过调制功能 我们可以把 整个的这个duty推到百分之百

甚至 推到百分之百

那最终的电流波形呢 我们可以从正旋推成方波

那直接就是FOC的

因为我们的发出去的 这个duty是 已经是满duty

就是持续时间很长的满duty

那实际看出来的波形就是方波

那这个就是我们的过调制技术

那这个在MotorWare 里面也是有的

这部分的算法大家都 完全open source可以看到的

那还有一些这个 力矩补偿啊等等等等

我们之前也提到过 都在这个 MotorWare 软件库里面会包含

这个图呢就是 给大家展示的就是

我们FAST再加所有的FOC环路

都在ROM区的这种框图

那还有就是说我只让这个FAST

这个estimator在这个ROM区

其他的这些外围的这个 FOC所相关的这些软件

我都要它在我的flash 客户可以修改的

那这个就是我们提到的 instaSPIN motion

那它的这个主要特点呢

就是我用一个 先进的这个控制器

去替代我速度环的 原来的这个PI

那它的有这个惯量辨识的功能

同时呢 它的这个 用这种先进控制算法

所做的这个控制器呢

只要一个参数 所以我们去调试它

它也需要一定的调试

当然它会自动辨识 给您一个参考的初始值

那如果对这个初始值的 性能并不满意呢

你可以去进行调节

这个调节呢只是单参数调节 那之前我们会需要KpKi

那你速度环的PI参数 至少还要调两个

那现在我们只要调一个 非常容易去调节

同时它的这个适应范围非常广

那我们用过motion的 这些工程师可能会讲

那motion呢 它是用先进控制算法

但是某些这个点上不见得PI 就比motion的控制效果差

那其实这一点确实也是这样

但到我们要讲motion呢 它的特点是它的自适应性

它的宽范围宽稳定域度上

那我们用过PID做速度环的 工程师可能比较了解

因为一般的如果要每个速度段

每一种负载情况下 我都要我的 速度环我的PI有一个很好的性能

可能我要把我的整个系统中 分成非常多的段

然后每一段我用不同的 PI调节器的值去来回切换

这样我才能保证 我每个点的性能都比较好

那这就是一个问题 但是如果是用motion的话

我们不能讲就是你 完全一个motion的参数

就是整个速度范围 所有工况全都覆盖了

那至少你可以少分段

或者你可能整个速度段 只有两个motion参数就可以了

你用PI可能得用五六个

那我们是

这个实际上是motion的 比较客观的一个表现的特性

那这个就是motion的它的 主要的一个功能框图

后边的这个我们没有画出来的 这个就是FOC的那部分框图

那在motion里面 它主要关注的速度环

那在速度环里面 它有的一些功能呢

除了我们刚才说的这个 它有一个 先进控制算法的控制器之外

它还有一些跟运动控制相关的 比如说轨迹规划

这个有一个轨迹的plan 或者轨迹的move

那这个move就是 我们的轨迹规划

就是我们做运动控制的 工程师会比较熟悉的

我会有jerk加速度 然后速度

然后到底是平缓是横加速度

还是横jerk的这种轨迹规划

那plan呢就是说 我整个这个系统运动

比如说在前十秒我做一个加速

后面五秒我是在匀速运动

再十秒我可能这个 正负预速度都往负

那就是一个长时间的 这个运动轨迹规划

好 下面这个就是我们TI给大家 提供的这种免费的资源

那第一个就是ControlSUITE 那之前我们给大家介绍过

它里面包含这个PowerSUITE 那会有一些数字电源相关的东西

还有一个就是可以给您一个库 让您实现这个环路分析仪功能

这些全都是免费的

可以替代您的这个非常昂贵的 环路分析仪这个设备

那还可以重新画界面去设计 您的这些数字电源相关的

这个拓扑的一些控制

那我们目前支持的 一些拓扑就是buck boost

一些简单的这种拓扑 单向的逆变等等等等

那我们支持的这些拓扑中呢 我们通过图像化的配置

可以自动帮您生成代码

然后MotorWare呢 就是我们 instaSPIN的这个所有的软件

主要这个给大家共享的一个点

那MotorWare呢

除了我们刚才提到的 强调的 这个FAST的这个估算器之外

它还有一些非常好的这些功能 也集成在MotorWare里面

比如说力矩补偿 比如说这个高频注入

那这个实际上已经在我们的 MotorWare里面已经发布了

好 谢谢大家的时间

欢迎大家继续关注TI的产品