控制周期或者控制頻率和控制效果的關(guān)系,是不是成正比,這個問題沒有深入地驗證過,很難給出準(zhǔn)確答案。但是我可以給出一個相關(guān)的結(jié)論,這個結(jié)論就是:控制頻率越高,能保證控制效果的下限,肯定不會很差。
控制效果和控制頻率,在實踐中的認(rèn)知,不一定具備線性的關(guān)系。以變頻器為例,ABB的DTC采用的是變開關(guān)頻率控制,其開關(guān)頻率是不停變化的,說明開關(guān)頻率和控制效果沒有絕對的相關(guān),當(dāng)然前提是基于ABB的控制方法。
再以國產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)先的匯川為例,一般默認(rèn)開關(guān)頻率是2~4kHz,最大16kHz。默認(rèn)開關(guān)頻率4k依然能實現(xiàn)較好的控制效果,而且低速為了規(guī)避逆變器非線性因素的影響,大多數(shù)主流廠家都會選擇主動降低開關(guān)頻率。
回到主題,為什么控制頻率越高,能保證控制效果的下限呢?首先,我的從業(yè)經(jīng)驗讓我習(xí)慣把目前的電機控制分成高壓應(yīng)用和低壓電池應(yīng)用。
高壓應(yīng)用一般是220VAC以上的應(yīng)用,一般單相或者三相交流輸入,是AC-DC-AC的傳統(tǒng)電力電子拓?fù)?,或者類似電動汽車?50VDC電池供電。這類控制器基本采用IGBT作為逆變器件,因為IGBT不能做太高的開關(guān)頻率,所以高壓控制器的開關(guān)頻率一般不超過16k,而且超過了10k一般要根據(jù)負(fù)載降額運行。
低壓電池應(yīng)用主要指144VDC以下的應(yīng)用,常見的包括12VDC,18VDC,24VDC,48VDC,72VDC,96VDC,108VDC和144VDC。具體的產(chǎn)品包括電動工具,無人機,壓縮機,AGV,低壓電動汽車控制器。
這類控制器的開關(guān)器件基本都是MOSFET,因為MOSFET開關(guān)速度快,相比IGBT開關(guān)損耗小很多,可以做到高達(dá)100kHz的開關(guān)頻率。所以低壓控制器,開關(guān)頻率常見的都可以做到20kHz甚至30kHz。
而且由于低壓電機同步速比較高,比如吸塵器基本是1對極,做到10萬rpm,那么同步電頻率是1700Hz,必須提高開關(guān)頻率。航模電機一般同步電頻率是1200Hz左右。
同樣以1200Hz為例,10kHz開關(guān)頻率,每個開關(guān)周期離散造成的角度滯后是1200360°/10k=43.2°,20k開關(guān)頻率,每個開關(guān)周期離散造成的角度滯后是1200360°/20k=21.6°。
因為PWM生效有一個開關(guān)周期的延時,再比如三角波計數(shù)器底點生效,在這整個周期生效,以頂點作為平均值,那么其實離散造成的延時是1.5個開關(guān)周期。
所以對于1200Hz電機,10kHz的離散延時是64.8°,20kHz的離散延時是32.4°。所以提高開關(guān)頻率,可以一定程度上掩蓋離散造成的角度延時,提高控制效果的下限。所以很多工程師,哪怕是400Hz同步頻率的電機,依然會選擇高達(dá)16kHz的控制頻率,這樣子參數(shù)好調(diào),系統(tǒng)容易穩(wěn)定,控制效果有保證。
以上分析是基于單采單更的模式,現(xiàn)在單電阻采樣無法實現(xiàn)雙采雙更,使用M0芯片受限于計算資源,也是單采單更為主。按照同行的共識,100Hz的電頻率對應(yīng)1kHz的控制頻率,即1000Hz的電頻率能用10kHz控制頻率,單采單更能實現(xiàn)穩(wěn)定控制已經(jīng)是很不錯的效果了。所以說, 越低的開關(guān)頻率,能實現(xiàn)不錯的控制效果,更顯得難能可貴 。
下面貼幾張自己用M0芯片實現(xiàn)的低開關(guān)頻率控制效果圖。
16kHz開關(guān)頻率,實現(xiàn)1800Hz同步速吸塵器單電阻無感FOC控制:
10kHz開關(guān)頻率實現(xiàn)1000Hz同步速航模電機無感FOC控制:
8k開關(guān)頻率實現(xiàn)800Hz無感FOC滿載控制:
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