出于對環(huán)境保護的考慮，預計更新的法規(guī)會不斷頒布出來,，以要求開發(fā)更加節(jié)能高效的家用電器,，例如洗衣機或空調。迄今為止,，只有少數幾家供應商推出的專有解決方案,，提供了尖端的電機控制技術，可支持能效更高,、噪聲更低的電器,。不過，現在有了嶄新的變化——得益于新一代數字信號控制器(DSC),，以高成本效益方式實現高級電機控制算法已成為現實,。

以要求通過改變電機速度來快速響應洗滌和漂洗過程的洗衣機為例。為了讓洗衣機能夠完成這一任務,，設計人員需采用高級電機控制算法,。在眾多可用的高級電機控制技術中，場定向控制(FOC)技術脫穎而出,，它可幫助人們設計節(jié)能安靜的洗衣機,。假設讀者已具有FOC算法的應用知識，本文從采用DSC實現基于FOC的無傳感器PMSM控制開始,，主要介紹如何在電器中實現基于永磁同步電機(PMSM)的無傳感器FOC控制,，以便為電器電機控制帶來最大的成本效益。

對于無法部署位置或速度傳感器的一些應用,，無傳感器FOC技術還可以克服一些由此產生的限制,。例如，在一些壓縮機應用中,，電機充滿機油會對線束布局有一些限制,。在電器中采用PMSM電機時，由于PMSM電機轉子上的永磁體產生的轉子磁場是恒定的,，所以可以提供極高的效率,。此外，電機的定子磁場通過正弦分布的繞組產生,。與感應電機相比,，PMSM電機還具有極高的功率/尺寸比。與直流電機相同,，它們的電氣噪聲也較低,，因為它們不采用電刷。

為什么在電機控制中采用DSC,？

DSC非常適合于洗衣機之類的電器，因為它們具有針對電機控制而定制的外設，例如脈寬調制器(PWM),、模數轉換器(ADC)和正交編碼器接口,。在執(zhí)行控制器程序和實現數字濾波器時，由于DSC能夠在單周期中執(zhí)行MAC指令和小數運算,，所以可以幫助設計人員優(yōu)化代碼的執(zhí)行,。此外，對于需要飽和功能的運算,，DSC提供了硬件飽和保護功能,，可幫助設計人員避免發(fā)生溢出。

DSC 需要快速靈活的ADC來進行電流檢測,，這是電機控制中的一項關鍵功能,。Microchip dsPIC DSC系列提供了這樣的ADC，能夠以1Msps的速率轉換輸入采樣,，可同時處理最多4路輸入,。這些ADC具有多種觸發(fā)選項，支持采用低成本的電流檢測電阻來測量電機相繞組電流,。例如,，可以通過PWM模塊觸發(fā)A/D轉換，從而支持低成本的電流檢測電路,。在特定的時間,，開關晶體管允許電流流入檢測電阻，可在此時對輸入進行檢測,。

采用的電機控制開發(fā)工具

本文討論的FOC電機控制固件基于 Microchip的dsPICDEM MC1電機控制開發(fā)板,。FOC算法采用Microchip的數據監(jiān)視與控制界面(DMCI)工具進行測試和調試，該工具是MPLAB集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)的一個模塊,。DMCI工具提供了快速的動態(tài)IDE,，讓設計人員可以用圖形方式來表示應用反饋。例如,，在DMCI的IDE中,，程序符號(變量)可以動態(tài)地分配給滾動條、直接輸入或布爾控件的任意組合,，而IDE提供了對于這些符號(變量)的項目知悉導航功能,。通過這些控件，用戶可以在DMCI IDE中交互式地更改程序變量的值,。此外,，用戶還可以動態(tài)地配置圖形，以查看程序生成的數據,。

在系統(tǒng)結構框圖(圖1)中,，可以看到電機軸上沒有安裝位置傳感器,，但電機上采用了一些傳感器來測量電流。這些傳感器的電感電阻較低,，它們屬于逆變器功能模塊的一部分,。這里采用一個三相逆變器作為功率級，用來驅動電機繞組(圖2),。
 

圖1：USB界面專用充電器。

圖2：三相逆變器驅動PMSM繞組,。

FOC(或矢量控制)算法的簡要步驟

以下總結了控制PMSM的FOC算法步驟。

1.先測量三相定子電流ia和ib,。根據ia+ib+ic=0,，計算來自兩個電流傳感器的電流。

2.將三相電流轉換到2軸坐標系中,。該轉換根據測量的ia,、ib和ic值得到變量iα和iβ。從定子的角度來說,，iα和iβ是時變正交電流值,。該步驟稱為Park變換。

3.采用控制循環(huán)上一次迭代時計算的變換角旋轉2軸坐標系,，使之與轉子磁通對齊,。該轉換根據iα和iβ得到變量id和iq。現在,，將正交電流id和iq變換到旋轉坐標系中,。在穩(wěn)態(tài)條件下，id和iq將保持恒定,。該步驟稱為Clarke變換,。