TI“革命性”FOC電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)解讀

近日，德州儀器(TI)推出了一種“革命性”的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它采用TI特有的FAST軟件編碼器算法來(lái)控制FOC電機(jī)，無(wú)需傳感器，可顯著縮短開(kāi)發(fā)周期，全面簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

電機(jī)用途廣泛。國(guó)際能源署稱，電機(jī)消耗全球近一半的電能;提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率有望使全球電力消耗降低9% 到14%。電機(jī)技術(shù)正在從有刷電機(jī)向無(wú)刷電機(jī)和三相FOC電機(jī)演化。

傳統(tǒng)的有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于控制(普通8位單片機(jī)即可)、性能優(yōu)異，但其可靠性差、噪聲大、振動(dòng)大、部件磨損大。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生火花，這限制了它在一些場(chǎng)合中的應(yīng)用。三相簡(jiǎn)易無(wú)刷電機(jī)則更可靠，尺寸也更小，性能良好，但同樣具有噪音大、振動(dòng)大、會(huì)產(chǎn)生扭矩紋波等缺點(diǎn)。帶傳感器的三相FOC電機(jī)克服了前兩種電機(jī)的缺點(diǎn)，它噪音小、振動(dòng)小，性能更好，在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的效率更高。但這類(lèi)電機(jī)成本過(guò)高，傳感器的故障率高，限制了它的普及應(yīng)用。

新一代三相位FOC-SMO無(wú)傳感器電機(jī)以算法來(lái)替代傳感器，克服了有傳感器FOC的缺點(diǎn)，而性能幾乎可與之媲美，可在眾多應(yīng)用中良好工作，具有廣闊的應(yīng)用前景。

FOC是磁場(chǎng)定向控制(Field Orientated Control)的簡(jiǎn)稱。如下圖所示，F(xiàn)OC必須知道轉(zhuǎn)子的精確位置(轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))，用以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)亩ㄗ哟艌?chǎng)，從而定向地輸出最大扭矩。精確位置信息可通過(guò)高成本的傳感器編碼器/旋變(resolver)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)復(fù)雜軟件算法(觀測(cè)器)來(lái)實(shí)現(xiàn)，后者具有 成本較低、無(wú)需維修與更換、可在無(wú)法使用傳感器的地方使用的優(yōu)點(diǎn)。其唯一的缺點(diǎn)在于它不適合位置控制FOC。

TI 公司MCU 業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理吳健鴻先生介紹說(shuō)，TI 的 FAST(Flux Angle Speed Torque)算法比其它算法更優(yōu)異。它支持所有同步和異步電機(jī)三相電機(jī)，需要的電機(jī)參數(shù)較少，觀測(cè)器無(wú)需調(diào)試，具有更高精度和更高動(dòng)態(tài)可靠性，在零速及過(guò)零速時(shí)保持穩(wěn)定，可進(jìn)行失速恢復(fù)，具備更好的帶載啟動(dòng)性能，可進(jìn)行自動(dòng)電流環(huán)路調(diào)整，而且可提供最高保真反饋信號(hào)。

據(jù)稱FAST可替代過(guò)去的電機(jī)傳感器或軟件觀察器技術(shù)，顯著降低無(wú)傳感器FOC 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度。新手只需調(diào)用ROM中的完整系統(tǒng)功能就能夠去調(diào)整控制增益，而專家僅需從ROM 中調(diào)用FAST編碼器功能就能夠完全地定制控制系統(tǒng)。目前該技術(shù)通過(guò)TI的支持InstaSPIN-FOC 的Piccolo F2806x提供。它已全面通過(guò)投產(chǎn)認(rèn)證。特性如下：

Piccolo F2806x：超集Piccolo 系列

•具有FPU 的90 MHz C28x 32 位CPU

•256 KB 閃存，96 KB RAM

•ROM 中內(nèi)建電機(jī)函數(shù)庫(kù)

•-40 至105C (T) 或125C AEC Q100 (Q)

•80 和100 引腳QFP 封裝

器件型號(hào)為T(mén)MS320F28062FPNT。注意當(dāng)中的F代表增加InstaSPIN-FOC 功能。

TI公司稱，采用TI的FOC技術(shù)無(wú)前期投資，無(wú)后續(xù)成本或?qū)＠M(fèi)，無(wú)額外支持費(fèi)用，無(wú)額外維護(hù)費(fèi)用。InstaSPIN –FOC 的成本會(huì)隨產(chǎn)量上升而下降，普及會(huì)越來(lái)越快。F2806x是100% 引腳兼容器件，可根據(jù)需要輕松移植至非ROM 解決方案。TI公司在2013 年將提供廣泛的Piccolo 產(chǎn)品系列支持。