MICROCHIP AN1292 Tuning Guide User Guide
Stu documentu furnisce una prucedura step-by-step nantu à u funziunamentu di un mutore cù l'algoritmu descrittu in AN1292 "Controllu orientatu à u campu senza sensori (FOC) per un Motore Sincronu à Magneti Permanenti (PMSM) Utilizendu un Estimatore PLL è Debilitatu Campu (FW)" (DS01292). ).
SETTING PARAMETRI DI SOFTWARE
Tutti i principali paràmetri configurabili sò definiti in u userparms.h file. L'adattazione di i paràmetri à u formatu numericu internu hè fatta cù u tuning_params.xls Excel® spreadsheet (vede a Figura 1-1). Questu file hè inclusu cù l'archiviu AN1292 file, chì hè dispunibule per scaricà da u Microchip websitu (www.microchip.com). Dopu avè inseritu l'infurmazioni di u mutore è di u hardware in a foglia di calculu, i paràmetri calculati anu da esse inseriti in l'intestazione userparms.h. file, cum'è indicatu da i seguenti passi.
FIGURA 1-1: tuning_params.xls
STEP 1 - Inserite a foglia di calculu tuning_params.xls Excel cù i seguenti parametri:
a) Peak Voltage
Piccu voltage rapprisenta u piccu voltage nantu à i condensatori di ligame DC. Hè ancu
rapprisenta u DC voltagHè stessu quandu un alimentazione DC hè cunnessu à u ligame DC. Se u ligame DC hè furnitu da un ponte di rettificatore monofase, u piccu AC voltage hè cunnessu à u rectificatore:
V ACpeak V ACrms = √ 2
b) Corrente di punta
Peak current rapprisenta u massimu valore reale di u currente chì pò esse rapprisintatu internamente, chì dipende di u bloccu acquistu. In cunsiderà l'ingressu massimu à l'ADC di 3.3V, u guadagnu di i circuiti di acquisizione è u valore di i shunts currenti determinanu u valore massimu di u currente chì si adatta à a rapprisentazione di u numeru internu dsPIC® DSC. À u cuntrariu, un currente di quale a rapprisintazioni di u numeru internu hè à u limitu superiore, rapprisenta a corrente di punta cum'è pò esse inserita in u campu indicatu di foglia di calculu Excel.
FIGURA 1-2: CIRCUITRY CONDITIONING SIGNAL
Per u circuitu prisentatu in Figura 1-2 sopra, u circuitu di acquisizione attuale hà un ampguadagnu di lificazione di:
U valore di a resistenza di shunt per u MCLV hè 5 mΩ è, cù un volume massimutage accettatu à l'ingressu ADC di 3.3V, risultati in a massima corrente di lettura di:
Avvisu chì u valore calculatu di Peak current (Imax) difiere da quellu indicatu in a spreadsheet Excel file (Figura 1-1) - a raghjoni hè chì u sicondu valore hè determinatu sperimentalmente cum'è serà discrittu più tardi in stu documentu (Step 3-d).
c) Periodu PWM è Tempu Mortu
U periodu PWM hè u sampling and control period for this algorithm (AN1292). U tempu mortu rapprisenta u tempu necessariu per i dispusitivi semiconductor di putenza per ricuperà da u statu precedente in modu chì ùn si faci micca sparghje in ogni gamba inverter. I valori inseriti in questi campi duveranu coincide cù quelli utilizati. U software di dimostrazione inclusu in a nota di l'applicazione implementa un valore di 2 µs per u tempu mortu, è per u periodu PWM, un valore di 50 µs hè utilizatu, chì hè una frequenza PWM di 20 kHz.
d) Parametri elettrici di u Motore
Per i paràmetri Resistance stator (Rs), Stator inductance (Ls), è VoltagA custante (Kfi) inserisce da l'infurmazioni di u fabricatore di u mutore o ponu esse determinate sperimentalmente. Per piacè cunsultate a sezione "Tuning and Experimental Results" di a nota di l'applicazione, AN1292 per i dettagli nantu à u calculu sperimentale di Kfi.
e) Velocità nominale è massima
A velocità nominale hè un paràmetru furnitu da u fabricatore è rapprisenta a vitezza ottenibile cù a corrente nominale è u voltagè furnitu nantu à a piastra di u mutore. A velocità massima hè un paràmetru furnitu da u fabricatore è dipende soprattuttu da i paràmetri meccanichi di u mutore. Pò esse osservatu chì a velocità massima hè più altu ch'è a velocità nominale, è a regione trà esse coperta in modu di putenza constante, induve a tecnica di debilitazione di u campu hè implicata.
f) Fattori di predivisione
A colonna di Predivisione currisponde à una custante di scala utilizata per portà u calculu resultanti di i valori nurmalizzati in a gamma di rapprisintazioni numerica, [-32768, 32767]. A scala di Predivision ùn deve micca solu purtà i custanti in u intervallu, ma ancu, in casu di u vol inversutage custanti (Kfi), à dividisce u so valore iniziali calculata cusì chì quandu hè multiplicate dopu à causa di a tecnica di campu weakening, ùn overflow la gamma di rapprisintazzioni numerica. I fattori di Predivision ponu esse truvati in u codice di u software in forma di divisione
terminu funziunamentu (shift left).
Per esample, NORM_LSDTBASE A scala di predivisione hè 256 in a foglia di calculu,
chì riflette in a seguente linea di codice:
stima.c
Comu pò esse osservatu, invece di trasfurmà à a manca cù 15, per via di a predivisione precedente cù 28, hè infine spusatu cù 7. U stessu passa per NORM_RS, chì hè predividutu da 2 per mantene NORM_RS in u range, chì impedisce un numericu. overflow. Questu risultatu in a sezione di codice currispundente estim.c per cuntrastà a predivisione iniziale da un cambiamentu di 14 invece di 15:
In u casu di NORM_INVKFIBASE, a Predivisione hè 2 è a multiplicazione inversa hè fatta nantu à a seguente linea di codice:
STEP 2 - Esporta parametri pruduciutu à userparms.h.
I valori risultanti in e colonne di u latu drittu raggruppati cum'è paràmetri di Output sò da esse inseriti in userparms.h file definizioni currispundenti. Avvisu chì l'articuli nantu à i paràmetri di Output sò culurati in modu diversu, chì indicanu precisamente quale di elli deve esse copiatu è incollatu direttamente in u codice di u software.
STEP 3 - Prima, sintonizza u ciclu apertu
a) Attivà u Funzionamentu Open Loop
L'accordu di u ciclu apertu pò esse operatu separatamente, attivendu un #define speciale in u codice di u software FOC; altrimenti, a transizione à u cuntrollu di u ciclu chjusu hè fatta automaticamente. Assicuratevi di disattivà a transizione in ciclu chjusu per a sintonizazione iniziale di u ciclu apertu.
b) Stallà i Parametri Open Loop
Scala attuale
A custante di prescaling deve esse stabilitu per adattà l'output ADC per currisponde à u valore reale in termini di signu (direzzione), è, se ne necessariu, per prescale à un valore intermediariu, adattatu per più processu.
U fattore di scala per i currenti sò negativi perchè l'acquistu per i shunts hè ottene u sensu inversu di i currenti, è per quessa, u valore di Q15 (-0.5) rapprisenta una multiplicazione (-1) di u valore Q15 restituitu da l'ADC.
Corrente di coppia di partenza
Sceglite u currente nominale per u mutore datu cum'è un puntu di partenza, cum'è indicatu quì sottu (in questu casu, un valore di 1.41). amperes hè stata utilizata):
Se u currente di start-up hè troppu bassu, a carica ùn si move micca. S'ellu hè troppu altu, u mutore pò surriscaldamentu s'ellu funziona in ciclu apertu per un longu periodu di tempu.
Lock Time
In generale, hè sceltu un tempu di serratura di un valore di qualchi centu millisecondi
U valore di u tempu di bloccu dipende da a frequenza PWM. Per esample, à 20 kHz, u valore 4000 rapprisenta 0.2 seconde.
Ramp Aumentà a tarifa
L'accelerazione di u ciclu apertu deve esse stabilitu u più chjucu pussibule à u principiu. U più chjucu stu valore, u più capaci di u mutore hè di principià cù un torque resistente più altu o momentu d'inerzia.
End Speed
A configurazione di u valore di a velocità finale hè un scambiu trà l'efficienza di u cuntrollu è u
limitu di velocità minima di l'estimatore per stimare accuratamente a velocità è a pusizione. Normalmente, l'utilizatore vulia stabilisce u valore di a velocità di fine di u ciclu apertu u più bassu pussibule per chì e transizioni à u funziunamentu di u ciclu chjusu si facianu u più prestu pussibule da l'iniziu. Tenendu in mente u cumprumissu dichjaratu sopra, cunzidira una velocità finale di un terzu di a velocità nominale di u mutore sottu sintonizazione per u principiu.
FIGURA 1-3:
- Controllers di corrente PI
Alcune linee generali per una sintonizazione efficace di i controller PI di sta applicazione sò: - I dui cuntrolli, nantu à l'asse D è Q, averebbenu i stessi valori per i corrispondenti Proporzionale (D_CURRCNTR_PTERM, Q_CURRCNTR_PTERM), Integrali (D_CURRCNTR_ITERM, Q_CURRCNTR_ITERM), Compensazione Anti-windup (D_CURRCNTR_CTERM, Q_CURRCNTR_CTERM, Q_CURRCNTR_MAX, Q-CURRCNTR_MAX) è Minimu_MAX CURRCNTR_OUTMAX, D_CURRCNTR_OUTMIN, Q_CURRCNTR_OUTMIN) termini.
- In generale, ogni volta chì l'oscillazione attuale accade, diminuite u termini di guadagnu proporzionale assicurendu chì u guadagnu integrale hè da 5 à 10 volte più chjucu di u guadagnu proporzionale.
Aduprate i valori indicati quì sottu cum'è un puntu di partenza.
c) Open Loop Parameters Optimization
I paràmetri sopra permettenu l'operazione in ciclu apertu. Una volta hè statu verificatu chì tuttu funziona bè cù a configurazione spiegata prima, pruvate à sintonizà i paràmetri per un funziunamentu più liscia è più efficiente da:
- diminuisce a corrente di torque di startup
- crescente accelerazione ramp tariffa
- riducendu u tempu di serratura
- diminuisce a velocità finale
STEP 4 - Tuning the Closed Loop Operation
a) Attivate a Transizione di Loop Close
Avanzate per chjude l'accordu di u ciclu una volta chì u ciclu apertu hè in esecuzione bè, sguassendu a definizione di a macro definizione OPEN_LOOP_FUNCTIONING.
b) Stallà i Parametri di Loop Close
Sintonizazione di l'offset di l'angolo iniziale
A transizione trà u ciclu apertu à u ciclu chjusu implica un errore di stima iniziale, per quale hè necessaria a preselezzione di un angolo di offset iniziale:
Sicondu u torque resistente di a carica, u mumentu di inerzia, o sicondu i custanti elettrici di u mutore, mudificà l'angolo per eliminà l'eventuali glitches di transizione di ciclu apertu / chjusu.
Coefficienti di filtru di stima
I custanti predeterminati stallati per i coefficienti di i filtri duveranu dà boni risultati per a maiò parte di i motori. Tuttavia, a diminuzione di i coefficienti diminuiria u ritardu di fase, chì puderia esse particularmente utile à alta velocità, induve a variazione di u currente di l'armatura hè più veloce. Un cumprumissu trà u rolu di filtru è u so effettu di back back, l'intruduzioni di u cambiamentu di fase, deve esse rializatu.
Controller di velocità PI
Per a sintonizazione di u controller di velocità, u guadagnu P è I pò esse aghjustatu cù parechje metudi. Per più infurmazione, cercate "PID Controller" in Wikipedia websitu è vai à a rùbbrica "Loop Tuning".
Per i casi induve ùn hè micca necessariu un controller di velocità, u modu di torque pò esse attivatu definendu TORQUE_MODE.
STEP 5 - Opcionalmente, Sintonizza i Paràmetri di Debilitatu di Campu d'Alta Velocità
ATTENZIONE
Di solitu, u fabricatore di u mutore indica a velocità massima ottenibile da u mutore senza esse dannatu (chì puderia esse più altu ch'è a velocità di u puntu di frenu à u currente nominale). S'ellu ùn hè micca, hè pussibule di correre à più veloce ma solu per picculi periodi (intermittenti) assumendu i risichi di smagnetizazione o danni meccanichi di u mutore o di i dispusitivi attaccati à ellu. In u modu Field Weakening, se u controller si perde per via di un miscalculation di l'angolo à alta velocità sopra à u valore nominale, a pussibilità di danni à l'inverter hè imminente. U mutivu hè chì a Forza Elettromotrice Back (BEMF) avarà un valore più grande di quellu chì seria ottenutu per a velocità nominale, superendu cusì u vol bus DC.tage valore, chì i semiconduttori di putenza di l'inverter è i condensatori di ligame DC avissiru da sustene. Siccomu l'accordu prupostu implica correzioni iterative di coefficienti finu à chì u funziunamentu ottimali hè ottenutu, a prutezzione di l'inverter cù i circuiti currispundenti deve esse mudificata per trattà u vol più altu.tages in casu di stalling à alta velocità.
a) Stallà i Parametri Iniziali
Velocità nominale è massima
Cumincià cù un valore per a velocità nominale RPM (vale à dì, un paru di centu RPM menu di a velocità nominale di u mutore). In questu example, u mutore hè valutatu per 3000 RPM; per quessa, avemu stabilitu NOMINAL_SPEED_RPM à 2800. Cunsultate a specificazione di u mutore per a velocità massima di debilitazione di u campu, è entre stu valore in MAXIMUM_SPEED_RPM.
Siate cuscenti di u fattu chì per questi valori sopra (sopra) Velocità nominale, a strategia di debilitazione di u campu hè attivata, è per quessa, calà a velocità nominale utilizata per lisciare sta transizione implica chì l'energia addiziale hè spesa in diminuzione di u flussu di l'airgap, chì in generale, porta à efficienza più bassa.
Riferimentu attuale di l'asse D
A tabella di ricerca di corrente di riferimentu di l'asse D (ID) hà valori trà 0 è a corrente nominale di u stator, distribuitu uniformemente nantu à 18 entrate di a ricerca. A corrente nominale di u stator pò esse pigliata da a specificazione di u mutore. S'ellu hè scunnisciutu, stu valore pò esse apprussimatu dividendu a putenza nominale nantu à u voltage.
Voltage Inversa constante
L'entrata di a tabella di ricerca chì currisponde à a velocità massima ottenibile in l'indebolimentu di u campu hè proporzionale à u percentualità.tage di aumentu di a vitezza meccanica da i valori nominali à i valori massimi. In l'entrata di a tavola di ricerca, i valori sò distribuiti uniformemente è se u voltage custante per a vitezza massima supera u range di rapprisintazzioni numerica (32,767), aghjustà u fattore di scala Predivision currispundente. Nota chì i seguenti numeri sò predivisi da 2 (vede a Figura 1-1).
Variazione di induttanza
Per a tavola di ricerca di a variazione di l'induttanza (LsOver2Ls0), u primu valore in a tavula deve esse sempre a mità, postu chì l'induttanza di a velocità di basa hè divisa da u so propiu valore duppiu. Questi valori duveranu travaglià per a maiò parte di i motori.
b) Runtime Parameters Adjustment
Sè i risultati di curriri lu prugrammu in sti cundizioni vi stallà u mutore à una vitezza supiriuri a nominali, hè duvuta à u fattu chì i tavule di ricerca sò stati pieni di valori stimati, chì in un certu puntu ùn currispondenu micca à i veri non-linearities. Una volta chì u mutore si ferma, ferma immediatamente l'esekzione di u prugramma, catturà u valore di l'indici (FdWeakParm.qIndex) in a finestra di u debugger watch. L'indice indica u puntu induve i valori di IDREF (vede u tavulu IDREF in u Step 5a), in ordine crescente, ùn eranu micca efficaci è devenu esse aghjurnati. Per migliurà ulteriormente a prestazione, u valore indicatu da l'indici attuale in a tavola di ricerca deve esse rimpiazzatu da u valore indicatu da u prossimu indice (FdWeakParm.qIndex + 1) è u cumpurtamentu di u mutore deve esse verificatu di novu. A vitezza ottenibile deve aumentà è ripetendu stu prucessu per parechje volte a velocità massima per a riferenza nominale di corrente imposta nantu à l'assi d serà righjunta. Se a vitezza massima ottenuta per u currente nominale hè più bassu di quella destinata, u valore assolutu di a riferenza di l'axis d deve esse aumentatu sopra u valore nominale. Cum'è example, se 5500 RPM ùn pò micca esse ghjuntu, cambiate IDREF_SPEED17 currente da -1.53 à -1.60 è pruvate di novu. L'aumentu di riferimentu di corrente d deve esse cuminciatu da u valore indicatu da l'indici induve u mutore stalled. U valore di l'indice deve currisponde à a velocità attuale di u mutore, misurata à l'arburu cù un tachimetru, tenendu in mente chì l'indice di ricerca hè calculatu utilizendu a velocità di riferimentu, micca a velocità attuale. Quandu l'aumentu di d-current cessà di aumentà a vitezza (aumentà u currente troppu in generale stallà u mutore), l'indici chì currisponde à a stallazione indicà induve u valore per l'induttanza deve esse aghjustatu (aumentendu o diminuendu u so valore). A tabella di ricerca di variazione di induttanza hè l'ultima per esse aghjurnata.
Nota i seguenti dettagli di a funzione di prutezzione di codice in i dispositi Microchip:
- I prudutti Microchip rispondenu à e specificazioni cuntenute in a so specifica Scheda di Dati Microchip.
- Microchip crede chì a so famiglia di prudutti hè una di e famiglie più sicure di u so tipu in u mercatu oghje, quandu s'utilice in a manera prevista è in cundizioni normali.
- Ci sò metudi disonesti è possibbilmente illegale utilizati per violà a funzione di prutezzione di codice. Tutti questi metudi, à a nostra cunniscenza, necessitanu di utilizà i prudutti Microchip in una manera fora di e specificazioni operative cuntenute in e Schede di Dati di Microchip. Hè assai prubabile, a persona chì face cusì hè impegnata in un furtu di pruprietà intellettuale.
- Microchip hè dispostu à travaglià cù u cliente chì hè preoccupatu per l'integrità di u so codice.
- Nè Microchip nè un altru fabricatore di semiconduttori ponu guarantisci a sicurità di u so codice. A prutezzione di u codice ùn significa micca chì guarantimu u pruduttu cum'è "irrompibile".
A prutezzione di u codice hè in constante evoluzione. Noi di Microchip ci impegnimu à migliurà continuamente e funzioni di prutezzione di codice di i nostri prudutti. I tentativi di rompe a funzione di prutezzione di u codice di Microchip pò esse una violazione di u Digital Millennium Copyright Act. Se tali atti permettenu l'accessu micca autorizatu à u vostru software o à l'altri travaglii protetti da copyright, pudete avè u dirittu di dumandà un sollievu sottu quellu Attu.
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