瑞薩電子發(fā)布了基于高頻注入法的樣例方案，本篇以RA6T2樣例工程為例，介紹高頻注入法的一般性原理，瑞薩樣例工程的結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方式和調(diào)試硬件系統(tǒng)搭的一般應(yīng)用。協(xié)助客戶了解方案設(shè)計(jì)和瑞薩芯片的特色，可用于客戶在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)自己應(yīng)用領(lǐng)域的工程，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度。

傳統(tǒng)的反電勢(shì)控制方案，在低速和零速時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)幅值較小，實(shí)際硬件采樣電路存在一定的閾值，再加上電機(jī)電流諧波和開(kāi)關(guān)噪聲的影響，使信噪比急劇下降。所以，此時(shí)無(wú)法獲取準(zhǔn)確的初始位置信息。而高頻注入法，可通過(guò)注入高頻信號(hào)，利用電機(jī)的凸極性或磁路飽和效應(yīng)來(lái)提取位置信息，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可以解決在低速和零速時(shí)，位置尋找問(wèn)題。

瑞薩電子發(fā)布的高頻注入方案，適用于凸極電機(jī)，并要求DQ軸電感值差異在20%以上?，F(xiàn)簡(jiǎn)要介紹其應(yīng)用原理如下。

將周期為PWM載波周期1/2至1/8的正負(fù)高頻脈沖電壓施加于d軸電壓指令。IPM電機(jī)因其固有結(jié)構(gòu)特性，具有不同的Ld和Lq值，因此響應(yīng)高頻脈沖的電流值Id和Id會(huì)根據(jù)Ld與Lq的比值差異隨IPM電機(jī)的磁極位置變化而變化。通過(guò)該現(xiàn)象，可檢測(cè)到的電流值Id和Id、以及脈沖電壓值來(lái)估計(jì)IPM電機(jī)的磁極位置。如下圖所示：

數(shù)學(xué)模型如下圖所示，角度估計(jì)的參考軸定義為dc、qc軸?？赏ㄟ^(guò)鎖相Δθ，使其趨近于0，使dc、qc軸d、q軸對(duì)齊來(lái)進(jìn)行角度的鎖定。

在靜止和低速的情況下，可假設(shè)電機(jī)速度為零或者速度很小，對(duì)DQ軸的電壓方程式進(jìn)行求導(dǎo)，并變換，可以求出DQ軸電流變化量的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：

在向后的簡(jiǎn)化過(guò)程中，需進(jìn)行如下數(shù)學(xué)條件限定：

01脈沖電壓加在假設(shè)的d軸方向，所以Vdc有值且Vqc=0

02當(dāng)施加高頻脈沖時(shí)，d、q軸的電流主要來(lái)源于感性負(fù)載帶來(lái)的變化，而基波電流基本為0，則可認(rèn)為iqc=idc=0

方程可簡(jiǎn)化為如下形式：

聚焦于q軸電流導(dǎo)數(shù)d/dt?iqc進(jìn)行計(jì)算，

當(dāng)Δθ足夠小時(shí)，sin2Δθ可近似為2Δθ。該方程可轉(zhuǎn)化為關(guān)于Δθ的表達(dá)式，推導(dǎo)如下：

可在程序中設(shè)計(jì)Δθ的鎖相環(huán)（PLL），通過(guò)鎖相，求出角速度ω，該角速度可進(jìn)一步積分以推導(dǎo)出角度θ。

我們的樣例工程控制狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換，如下圖所示：

在POSEST和SLOW狀態(tài)時(shí)，高頻注入起作用，做為轉(zhuǎn)子位置決定的主要計(jì)算方式，經(jīng)過(guò)一個(gè)周期MID的過(guò)度，在高速時(shí)和FOC方式切換。

如有調(diào)試需求，請(qǐng)聯(lián)系所在地區(qū)經(jīng)銷(xiāo)商獲得樣板進(jìn)行測(cè)試。請(qǐng)根據(jù)工程APN文件所述步驟，聯(lián)接設(shè)備。（具體聯(lián)接步驟，本文不再詳細(xì)說(shuō)明）系統(tǒng)整體聯(lián)接效果如下圖所示：

推薦使用我們內(nèi)嵌的GUI工具，協(xié)助電機(jī)系統(tǒng)的匹配調(diào)試?？稍谌鹚_官網(wǎng)下載?？赏ㄟ^(guò)Control Window界面向系統(tǒng)發(fā)命令控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，或者觀察系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各狀態(tài)變量的值。比如可寫(xiě)入com_u1_mode_system為1，com_f4_ref_speed_rpm設(shè)置為所需速度命令值，來(lái)啟動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)。

具體操作可參考工程APN文檔。

特別推薦，workbench自帶一個(gè)類示波器界面，可以實(shí)時(shí)觀看變量的波形，可將關(guān)鍵中間變量（如d，q軸電壓，d，q軸電流期望或反饋）設(shè)置為全局變量，則可以通過(guò)workbench實(shí)時(shí)觀察狀態(tài)，以配合調(diào)試。

本文介紹了，瑞薩基于RA6T2新發(fā)布的高頻注入法樣例方案，用戶在了解方案原理的基礎(chǔ)上，在官方網(wǎng)站下載，通過(guò)推薦的工具進(jìn)行方案調(diào)試，可以協(xié)助客戶盡快部署自主方案，開(kāi)發(fā)適應(yīng)各自系統(tǒng)的應(yīng)用。