BAE公司开发三向无刷永磁电机的面向现场的控制研究

  • 文章关键词:
  • Author(s):
    Brian Mann - Selex-Galileo

    Industry:
    Aerospace/Avionics

    Products:
    PXI-7831R, PXI/CompactPCI, LabVIEW, FPGA Module

    The Challenge:
    快速开发出下一代高性能电机控制器的原型。

    The Solution:
    利用NI PXI平台、LabVIEW 7Express、LabVIEW 7 FPGA模块和PXI-7831R型可重配置I/O模块在Xilinx FPGA芯片上实现全数字化的电机控制器。

    ACEIII档电流
    下一代电机控制器设计
    BAE Systems Avionics 公司设计和制造军事电子和监视系统。为了保持竞争力,航空电子部门不断评估新工具和技术,用于减少新技术的设计生产间隔时间。我们在实验室里把时间用在开发硬件和软件上,这是我们持续成功的关键。

    磁场定向控制(FOC),或者矢量控制,是一项新技术,它可以改进各种电机的转矩- 速度特性,而我们公司的大多数产品都集成了至少一个直流电机。爱丁堡的BAE Systems 公司伺服系统技术集团,对增加峰值功率非常有兴趣,因为升级后的电机驱动器将为现有的电机提供额外的性能,并且通过在新设计中减少电机质量来节省航空产品的重量。

    同时,随着FPGA 性能的提高,我们不仅可以使用FPGA 进行电机控制,还可以进行伺服系统控制。我们使用NI 公司的产品进行快速地原型化,显著地降低了新技术在设计早期带来的风险。

    FOC 技术
    由传统方波放大器驱动的电机受限于整流误差引起的不理想的转矩-速度特性和转矩脉动。正弦整流解决了转矩脉动问题,并且在低速电机上工作良好。但在速度更高时,PI 电流控制器必须提高频率来跟踪正弦电流,同时克服增加频率和幅度的反电动势问题。这将导致相位延迟,由于转矩产生的通量没有以90 度作用于转子,所以会造成每安培转矩的损失。这种影响由转矩- 速度(TS)图中的曲线表示。基本上,TS曲线包含两条线,水平线是决定最大速度的电压限制,而垂直方向是决定最大转矩的电流限制。

    我们使用FOC 来改进TS 特性。这种整流方法利用变送器将正弦电流和编码位置变换至转动转子的d-q参考帧。d和q部分是直流的,所以很容易使用PI 控制器来控制它们。再对控制器输出进行反变换,输出正确相位和幅度的电压波形以保持通量与转子的90 度夹角,进而获得最大的电流到转矩功率转换。

    空间矢量调制和FPGA 实现
    利用全数字化控制,我们可以使用空间矢量调制(SVM)来解锁15% 以上的无负载速度。FOC 控制使得这变为可能,因为我们不再受限于母线电压/2的经典整流限制了。SVM的三角特性遵循30度、60 度和90 度三角和1、2 及边长,将相对关系改为母线电压/。从这个比例,我们可以计算出母线电压/2 除以母线电压/ 等于1.1547,或者说15% 的增加。

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