技术传承——永磁同步电机驱动1

  1. 1. Clark变换
  2. 2. Park变换

记得当时是2018年寒假,加入机器人队不满半年,老余前辈开发出了机器人队历史上第一款好用的永磁同步电机驱动,当时的我也是真的懵,电机种类也不懂,电机原理也不会,恰巧哨兵需要一款新的yaw轴云台电机,而我又是哨兵控制的负责人,顺理成章的我就成了这款驱动的第一个实验品。
一开始我是把他当作一个产品来用的,但是在使用过程中难免不会产生一些问题,我要到了源码,开启了我无刷驱动研究的大坑
在这一年间,我从开始的一点也不会,到中间的 啥都懂一点,啥都不明白,到现在的初识foc算法,逆变器原理等基础知识,真的是历尽千辛万苦,十分感谢老余带我走上了这条控制的不归路。
这次我主要讲一下 永磁同步电机中坐标变换的部分,有错误希望大家指出!
首先问大家个问题:为什么要坐标变换?

  1. Clark变换是为了将三相电流变换为两相正交电流,为Park变换做准备
  2. Park变换是为了将定子电流坐标变换到转子上,最终我们的所有控制都是在转子上的
  3. 反Park变换时为了将控制量(电压)反推回定子端,以便进行SVPWM调制
    由此可见,坐标变换体现在驱动的方方面面。

    Clark变换

    Clark变换又分为两种形式:1、等幅值变换;2、等功率变换
    为什么会这样分呢,我们先来看一下他们俩的不同。
    Clark1.PNG
    等幅值变换
    clark.PNG
    等功率变换

原来只是矩阵前面的系数有差别啊!
我们能发现,Clark变换大体就是把三相电流都向alpha、beta两正交轴投影,再将其相加。但是这前面这个系数又是怎么来的呢?
但实际上,这个变换就是把原本存在三相上的电流抽象成了两项正交电流,而且为了保证抽象前后幅值不变,它带了一个系数2/3(由三相脉振磁场合成的旋转磁场幅值是原来的3/2),这就是等幅值变换
等功率变换又是什么呢?为了使变换前后功率相等,即电压*电流相等,最终变换的系数变为了sqrt(2/3),这就是等功率变换。
等幅值变换与等功率变换仅仅是两种不同的坐标变换,得到的电流有着不同的比例,其中等幅值变换拥有与测量电流同样的比例,所以我们一般使用等幅值变换。还要注意的是,使用两种变换由于电流比例不同,得到的力矩常数也不同,甚至永磁体磁链也不同,它们之间的都差一个常数sqrt(2/3)!

Park变换

相对于Clark变换,Park变换就更加容易理解了!
Park.PNG
如上图所示,Park变换仅仅就是把定子坐标系变换到转子坐标系上,方便我们做控制(直接在定子上做其实也不是不行。。。),随后再用反变换变换到定子来输出电压。
要注意的一点是公式中的theta指的是电角度thetaP,即实际机械角度的p倍(p为电机极对数)
为什么要用thetP做变换呢?
对于p对极的电机,磁场的变化是每360°/p的机械角度变化一周期,也就是360°电角度变化一周期,
所以,永磁体磁链总是相对于转子静止的,力矩、强弱磁也仅仅是与q、d轴上的电流有关,所以我们要把电流变换到转子上。

今天这期我们主要讨论了基础的坐标变换理论,下期我们来讲解一下永磁电机中转子坐标下的控制方法。