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本帖最后由 Anteater 于 2016-3-4 10:47 编辑
模型电机参数的测量和理解
由于电子技术的进步，现在无刷电机已经不是什么新鲜玩意了。
我折腾无刷电机也好几年了，但是从理论的角度还不是很在行，这里主要是抛砖引玉，望上版上的大拿们多多纠错
时常能看到PMSM的文章说磁通（flux），扭矩，相电压，反电动势系数，扭矩系数，内阻，短路电流，直轴电感，交轴电感，之类的名词。 总觉得这里面各种量之间有关系，但是我电磁学学的比(wan)较(quan)谦(mei)虚(xue)（怕挂科，根本没选....), 搞不清楚其所以然，如果理解有错，还请大拿们指出哈
flux的单位应该是weber，就是VS/rad。 flux * 相电流就是单相的扭矩 （单位是 牛米）
如果有Ｐ极的电机，扭矩应该乘以Ｐ／２， 同时由于ｐａｒｋ变换有多种形式， 最终电机的扭矩可能要有一个系数（３／２）。
反电动势系数 就是在电机达到稳定状态的时候，反电动势和电源电压基本相等，写成式子就是 ＩＲ + Ke*w = V。这里I是相电流，R是相内阻，Ke是反电动势系数， w是转动角速度，V是相电压。 这样的话，Ke的单位也是VS/rad。
在模型电机中更常见的是KV， 就是每伏电压电机的空载转速(RPM)。 写成公式就是 w = KV * V * 2pi / 60. 那么 V = w*（1/KV * 60 / 2Pi）。如果忽略定子的内阻（对于模型电机，这个内阻基本上是几十毫欧), 那么，V = Ke * ｗ ＝ ｗ ＊ （1/KV * 60 / 2Pi）， 所以反电动势系数ｋｅ和ＫＶ基本山更是一个倒数关系。
结合之前的扭矩，只考虑单相， 电机的输出功率是 Pout = T * w = flux * I ＊ w, 电机的损耗是 Ploss = I*I*R. 因此电机的输入功率就是是机械输出功率加上损耗 Pin = Pout + Ploss = flux * I ＊ w + I*I*R = I * （ flux * w + I * R ) = I * V = I * (I* R + Ke * w). 由于能量守恒，反电动势系数Ｋｅ恒等于ｆｌｕｘ。 考虑到这两个系数有相同的量纲，这两个系数实际上是同一个玩意的可能性是有的，不过总觉得有点奇怪。。。。
小结一下， 磁通和反电动势系数是一个玩意， ＫＶ的倒数和磁通只相差一个系数。这样，ＫＶ越大，磁通越小，相同电流下扭矩越小。 反之亦然。 这样说来也是合理的，因为一般而言，ＫＶ越小，需要配合更大的桨。这样就是说明电机的扭矩更大，和上面讨论的是一致的。这也是为什么云台电机只有几十ＫＶ的原因，因为云台电机要求有大扭矩。
在ＰＭＳＭ模型里面，还能见到几个玩意，比如说短路电流Ｉｓｃ， 就是Ｆｌｕｘ／Ｌｓ， Ｌｓ是短路相电感。 这个我不是很明白这个量是干嘛用的。
直轴电感和交轴电感相对比较容易理解， 就是定子线圈电感从三相变换成旋转两项的时候，在两个坐标轴上的投影。 对于外传子模型电机，由于没有凸极效应，这两个投影是一样大小的。
高频注入，听起来是个挺玄乎的名词，但是看看数学表达就觉得没那么麻烦。 基本的想法就是测量不同电角度的电感，这个电感应该是随着角度正弦变化的，这样如果直轴和交轴电感不同，就能分清那个角度是直轴，就是转子的位置。因为这个方法不依赖具体电机参数和转速，因此可以适应很小转速甚至零转速的情况。在高转速的情况下，好像不太灵，我猜想可能和测量时间，驱动频率限制， 磁场饱和之类有关。这方面还有待补充。
还有一种叫脉冲高频注入，基本的想法差不多，不过由于用的方法稍有区别，在无凸极性的电机上也能用。 基本想法就是在不用的电流偏置的情况下测量交流电感，在电流足够大的时候，直轴电感会出现饱和，这样就能找到那个直轴的位置从而定位转子。
之前看到海绵宝宝发帖测试ＩｎｓｔａＳｐｉｎ－ＦＯＣ， 我找了些材料看看，觉得里面闭源的ＦＡＳＴ很可能是两种方式的结合。在低速阶段用的是高频注入， 在高速阶段用的是滑模观测。 Ｉｎｓｔａｓｐｉｎ—ＦＯＣ在使用之前有一个ＩＤ过程，就是电机驱动自己测电机参数， 这个过程很可能用的就是高频注入的方式。 因此这个Ｉｎｓｔａｓｐｉｎ－ｆｏｃ在模型电机上有些困难，由于电感和内阻太小。 测完之后，高频注入的方式可能一直在用直到一个阈值，然后主要是用ＳＭＯ的方式尽心闭环。 当然，这两种方式可能同步再用，就是选择一下从那个作为位置反馈。 这些差不多都是我猜得， 对不对回帖哈
补充一点数据：
数据来源：http://www.flybrushless.com/motor/view/603
根据RPM，可以算出反电动势，然后根据电压差，可以算出电流，经过简单调整之后，可以拟合出反电动势系数和内阻‘。
图中可以看出，计算出来的电流和实际测量电流基本一致。 Calculated Current = -0.003904 + 1.007072*Measured Amps
同时，反电动势系数是0.010368 VS/rad， 对应921 KV， 对比实际测量的891KV和标称的910KV相差分别为3.3% 和 1.2%
内阻是0.24 ohm，与标称的内阻0.23ohm相差4.3%
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发表于 2016-3-4 04:32:41
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