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(yīng)用于各類家用電器和工業(yè)設(shè)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(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓從而獲得位置信息的算法，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速較低時，由于電機的物理特性，感應(yīng)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(yīng)用于低速運行的應(yīng)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(fù)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(gòu)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(zhuǎn)位置變化而變化（具有凸極效應(yīng)）的特點，利用這種凸極效應(yīng)，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(guān)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(yīng)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(shè)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(zhuǎn)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(dāng)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(qū)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(yīng)用?？蓱?yīng)用的電機并不能應(yīng)用于所有PM電機，需要具有凸極效應(yīng)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(jié)這些特點，全速域無傳感器電機解決方案對于高速旋轉(zhuǎn)為主的應(yīng)用來說效果較小，對于對噪音要求較高的應(yīng)用來說，則需要研究相關(guān)對策。然而，它非常適合在低速旋轉(zhuǎn)下運行的應(yīng)用、對耗電要求較高的電池驅(qū)動應(yīng)用，以及在室外或工廠等中受噪聲影響較小的應(yīng)用，從而使無傳感器矢量控制能夠應(yīng)用于以往無法實現(xiàn)的速域。

目標應(yīng)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(yīng)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(guān)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(jié)

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(yīng)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(guān)文檔和資源下載，您可復(fù)制下方對應(yīng)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(guān)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(guān)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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