控制變速驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展趨勢(圖)

　　三相交流馬達(dá)正成為新型設(shè)計(jì)的首選，在許多應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，它已經(jīng)替代了電子控制驅(qū)動(dòng)器。目前，用在變速驅(qū)動(dòng)器中的馬達(dá)主要是電刷式馬達(dá)和單相交流馬達(dá)（ACIM）。在驅(qū)動(dòng)器中，這些馬達(dá)的速度是由三端雙向可控硅通過調(diào)節(jié)傳導(dǎo)角來控制的，但這種技術(shù)非常簡單，不能滿足微控制器的特殊要求，而這些驅(qū)動(dòng)器通常都需要8位微控制器。

　　為了解決這個(gè)問題，新一代的變速驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)采用了三相無電刷交流馬達(dá)，主要包括三相ACIM和永磁同步馬達(dá)。

　　所有三相ACIM和永磁同步馬達(dá)的定子上都有一個(gè)三相繞組，并都帶有三相電源。在ACIM中，轉(zhuǎn)子磁通是通過磁化定子繞組上的電流而產(chǎn)生的，但會(huì)在定子繞組上產(chǎn)生損失。而永磁同步馬達(dá)使用永磁體來產(chǎn)生磁通，這比感應(yīng)馬達(dá)更有效。對于不同的額定功率，永磁同步馬達(dá)中的總損失只會(huì)是感應(yīng)馬達(dá)的50％或60％。不過，永磁同步馬達(dá)的主要缺點(diǎn)就是磁性材料帶來的高成本。雖然磁性材料的質(zhì)量不盡相同，但永磁馬達(dá)的總成本將會(huì)比感應(yīng)類型高20％。

　　永磁同步馬達(dá)適合于各種工業(yè)、商業(yè)和主要變速驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，包括冰箱的壓縮機(jī)，汽車通風(fēng)/空調(diào)設(shè)備，電子動(dòng)力方向盤和剎車系統(tǒng)。此外，它還非常適合于洗衣機(jī)，因?yàn)樵擇R達(dá)體積小，可直接安裝在滾筒上，這就省去了皮帶和皮帶輪，使機(jī)器更加簡單和安靜。

　　高性能的馬達(dá)控制要求馬達(dá)在其整個(gè)速度范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)平滑旋轉(zhuǎn)，零速時(shí)能實(shí)現(xiàn)全扭矩控制，速度轉(zhuǎn)換快。要達(dá)成這樣的目的，用于三相交流馬達(dá)的磁場導(dǎo)向控制（FOC）技術(shù)就必不可少。使用了FOC，設(shè)計(jì)者就可以將定子電流分解成磁通和扭矩分量，進(jìn)而單獨(dú)控制它們。這樣，馬達(dá)控制器的結(jié)構(gòu)就如同單獨(dú)的直流馬達(dá)一樣簡單。

　　為了將電流分解成扭矩和磁通分量，我們需要知道馬達(dá)轉(zhuǎn)子的位置。無傳感器控制方法就是一種，它可用于所有的馬達(dá)。其可分成兩類，第一類被稱為“基于馬達(dá)模型”的方法，馬達(dá)的速度通過基于馬達(dá)基本數(shù)學(xué)模型的靜態(tài)觀察器來確定。另一種方法則被稱之為“馬達(dá)特性追蹤”法，它能根據(jù)測量馬達(dá)阻抗的變化來檢測轉(zhuǎn)子的位置。后一種方法效果好，還能在馬達(dá)零速時(shí)發(fā)揮作用。然而，將其應(yīng)用在所有馬達(dá)上是不現(xiàn)實(shí)的。

　　用于三相交流馬達(dá)的高級(jí)控制技術(shù)需要高級(jí)的處理能力，因此需要綜合DSP處理能力和單芯片的微控制器功能的數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）參與其中。

　　DSC的微控制器式編程模型和優(yōu)化的指令集（包括了高效的尋址方式）會(huì)給設(shè)計(jì)者提供很多幫助，它們能兼容符合DSP和MCU應(yīng)用條件的高效壓縮編碼。同時(shí)，一套適合各種馬達(dá)控制器的指令集也給DSC的高級(jí)處理能力提供了有力的支持。此外，DSC的高性能PWM控制模塊對有效驅(qū)動(dòng)不同類型的馬達(dá)也很關(guān)鍵，它能為與12位ADC的同步提供參考輸出。這種DSC還有一個(gè)16位4定時(shí)器模塊組，其頻率能達(dá)到96MHz。

　　為了追蹤馬達(dá)磁通和轉(zhuǎn)子的即時(shí)位置，還需要對復(fù)雜的馬達(dá)模型進(jìn)行估算，并讓其運(yùn)行大約50μs。在此期間，DCS必須在每一個(gè)周期內(nèi)讀取相電流和電壓。

　　快速和準(zhǔn)確的12位ADC也是必須的，每一個(gè)ADC的讀數(shù)采樣時(shí)間必須要精確。這項(xiàng)任務(wù)將交由整合了PWM模塊、時(shí)鐘模塊和　ADC模塊的同步系統(tǒng)來完成。