工程師說 | RX和矢量控制的進一步進化！全速域無位置傳感器矢量控制方案介紹

電機控制應用于各類家用電器和工業(yè)設備，并且使用數(shù)量逐年增加。要發(fā)揮電機控制的性能，就需要位置信息，因此過去一直使用傳感器來檢測位置，但考慮到傳感器的可維護性、傳感器自身的成本、可靠性和環(huán)境耐候性，不使用傳感器（無位置傳感器或無傳感器）的控制方法逐漸成為主流。

柏崎 直人

Sr Staff Product Marketing Specialist

然而，常規(guī)無傳感器方法是一種根據(jù)電流推算出電機旋轉產(chǎn)生的感應電壓從而獲得位置信息的算法，當電機轉速較低時，由于電機的物理特性，感應電壓較低，因此無法準確獲取位置信息，很難將無傳感器矢量控制應用于低速運行的應用。本期介紹的“全速域無位置傳感器矢量控制”是一種能夠在全速域下使用無傳感器矢量控制的解決方案。因此，可以在全速域下進行有效的控制，幫助降低功耗和提高產(chǎn)品性能。本期解決方案使用了適用電機控制的RX系列產(chǎn)品RX66T。

RX66T產(chǎn)品頁請識別下方二維碼或復制鏈接到瀏覽器中訪問查看：

https://www.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/rx-32-bit-performance-efficiency-mcus/rx66t-32-bit-microcontrollers-optimal-motor-control-industrial-home-appliance-and-robotics-applications

用于執(zhí)行全速域無位置傳感器

矢量控制的電機

為靈活運用本期解決方案，需要了解電機的類型和特性。永磁同步電機（無刷直流電機）包括兩大類電機：內(nèi)嵌式永磁同步電機（IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）和表面式永磁同步電機（SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）。由于它們的磁鐵構成不同，因此電機的特性存在差異。特別是，IPMSM具有磁阻隨電機旋轉位置變化而變化（具有凸極效應）的特點，利用這種凸極效應，低速時也可以精準獲取位置信息。這就是能夠在全速域內(nèi)進行無傳感器矢量控制的關鍵。

IPMSM

SPMSM

利弊

全速域無位置傳感器控制有利也有弊，因此不適用于所有應用。這里介紹解決方案的利和弊。在常規(guī)無傳感器矢量控制過程中，我們假設在低速時用無反饋的開環(huán)進行控制，并進行了比較。

優(yōu)點是即使在低速旋轉時也可以適用無傳感器矢量控制，從而實現(xiàn)低功耗、穩(wěn)定的扭矩輸出和高速啟動等功能。在常規(guī)無傳感器控制過程中，通常需要使用基于強行勵磁的磁力來固定位置，因此難點在于啟動花費時間，并且當超過一定負載時會發(fā)生脫調(diào)（失步）。然而，基于IPMSM的全速域無傳感器矢量控制可以精確地估算磁鐵的起始位置，因此與常規(guī)無傳感器控制相比，啟動更快、更穩(wěn)定。

主要缺點有CPU運算大幅增加，產(chǎn)生諧波噪音。由于用戶能聽到電機驅動時的諧波噪音，所以可能不適合需要在安靜場所中使用的產(chǎn)品和應用。可應用的電機并不能應用于所有PM電機，需要具有凸極效應的IPM電機。本解決方案要求d軸和q軸之間的電感差異大于20%。

總結這些特點，全速域無傳感器電機解決方案對于高速旋轉為主的應用來說效果較小，對于對噪音要求較高的應用來說，則需要研究相關對策。然而，它非常適合在低速旋轉下運行的應用、對耗電要求較高的電池驅動應用，以及在室外或工廠等中受噪聲影響較小的應用，從而使無傳感器矢量控制能夠應用于以往無法實現(xiàn)的速域。

目標應用

• 泵

• 輸送裝置（輸送機）

• 壓縮機

• 家用電器

全速域無位置傳感器電機解決方案

全速域無位置傳感器電機解決方案可以通過瑞薩提供的應用指南和樣品軟件、搭載RX66T的CPU卡，以及我們合作伙伴生產(chǎn)的逆變板和市面上的IPM電機來實現(xiàn)，并可立即建立評測環(huán)境。希望能通過本解決方案助您了解和掌握電機的特性，調(diào)試參數(shù)，并將其運用到實際開發(fā)工作中。

系統(tǒng)配置

有關全速域無位置傳感器解決方案的詳細信息，請點擊文末閱讀原文訪問查看。

總結

本期介紹的解決方案使用了RX66T在全速域下進行無位置傳感器矢量控制。強烈建議希望在全速域下執(zhí)行矢量控制，降低功耗和提高效率的客戶使用我們的解決方案。對于RX-T系列產(chǎn)品（包括RX66T），除了本期介紹的解決方案之外，我們還提供有其它示例代碼和應用指南，如基于SPMSM的無傳感器矢量控制和基于編碼器的矢量控制，請參考下面的文檔資源鏈接列表，幫助您開始使用瑞薩RX產(chǎn)品完成電機控制。

相關文檔和資源下載，您可復制下方對應的網(wǎng)址到瀏覽器中訪問查看：

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【RX Family Sensorless Vector Control for IPMSM over the Whole Speed Range Rev.1.00】PDF

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/rx-family-sensorless-vector-control-ipmsm-over-whole-speed-range-rev100

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https://www.renesas.cn/cn/zh/document/scd/rx-family-sensorless-vector-control-ipmsm-over-whole-speed-range-rev100

【Sensorless Vector Control for Permanent Magnet Synchronous Motor (For Evaluation System for BLDC Motor, structure update version) Rev.1.10】PDF

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/sensorless-vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-evaluation-system-bldc-motor-structure

相關文件下載 ZIP

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/scd/sensorless-vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-evaluation-system-bldc-motor-structure

【Vector Control for Permanent Magnet Synchronous Motor with Encoder (For Evaluation System for BLDC Motor, Structure update version) Rev.1.00】PDF

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-encoder-evaluation-system-bldc-motor-structure

相關文件下載 ZIP

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/scd/vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-encoder-evaluation-system-bldc-motor-structure

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