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模型电机参数的理解

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发表于 2016-3-4 04:32:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
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 08:27:45 | 显示全部楼层
刚刚进入电动车的行业  资料挺易懂  支持下
发表于 2016-3-4 08:59:38 | 显示全部楼层
支持,专家,学习…………………………
发表于 2016-3-4 09:08:29 | 显示全部楼层
很好,谢谢分享
发表于 2016-3-5 23:35:33 来自手机 | 显示全部楼层
会思考的攻城狮
发表于 2016-3-6 05:37:06 | 显示全部楼层
不错,很好的总结!关注你!
发表于 2016-3-6 09:24:24 来自手机 | 显示全部楼层
支持,参数没理解像楼主这么深入
发表于 2016-6-4 12:36:54 来自手机 | 显示全部楼层
看不太懂,楼主能推荐本入门的书看看吗?
发表于 2016-6-4 21:01:46 | 显示全部楼层
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

说法不对。低速的时候根本没有高频信号注入。
发表于 2016-6-4 22:57:45 | 显示全部楼层
高手学习了
发表于 2016-6-5 09:13:59 来自手机 | 显示全部楼层
gooooooood
发表于 2016-6-5 09:19:05 来自手机 | 显示全部楼层
remark留个爪子
发表于 2016-6-5 09:40:06 | 显示全部楼层
看到这些参数时也是一头雾水啊。电机上的什么3S/2S坐标变换,到现在还很模糊
 楼主| 发表于 2016-6-10 00:58:38 | 显示全部楼层
鸵鸟蝈蝈 发表于 2016-6-4 21:01
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 ...

嗯,是的,好像ti的网页上写了这个事情
发表于 2016-6-10 11:42:12 | 显示全部楼层
Anteater 发表于 2016-6-10 00:58
嗯,是的,好像ti的网页上写了这个事情

高频注入式额外的一个library,但是常规的InstaSpin-FOC没有用到。
 楼主| 发表于 2016-6-11 00:08:42 | 显示全部楼层
鸵鸟蝈蝈 发表于 2016-6-10 11:42
高频注入式额外的一个library,但是常规的InstaSpin-FOC没有用到。

我还是想猜猜FAST究竟用了什么方法,

应该不是什么独门秘籍,应该是在文献中已经有的东西,
发表于 2016-6-11 18:04:49 | 显示全部楼层
学习了,多学谢LZ
发表于 2016-6-24 12:35:54 | 显示全部楼层
好资料 ,学习了
发表于 2016-9-26 11:00:25 | 显示全部楼层
实践跑的太快 ,需要回来补充下理论知识
发表于 2016-11-5 22:47:42 | 显示全部楼层
INSTAS-MOTION用的是一种高性能控制算法,要求速度采样精度较高,不然控制高频噪声蛮大
发表于 2016-12-14 16:22:28 | 显示全部楼层
注入电流,直轴和交轴电感是怎么测量的呢
发表于 2016-12-14 19:13:07 | 显示全部楼层
mark ,赞楼主的钻研精神
发表于 2016-12-18 11:37:45 来自手机 | 显示全部楼层
非常感谢,学习了。
发表于 2016-12-18 12:41:53 | 显示全部楼层
fjourdev 发表于 2016-3-4 08:27
刚刚进入电动车的行业  资料挺易懂  支持下

汽车 还是自行车?
发表于 2018-9-23 16:01:30 | 显示全部楼层
好帖子,留着好好学习下
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