永磁同步电机的调试详细步骤

一路上

前言

单电阻FOC算法实现永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）调整所需的步骤和设置，由于不同电机存在参数差异，因此需针对不同的电机和负载对该算法进行调整。

调试方法及工具

• 通用工具：电源（直流电源、交流隔离电源）。
• 测试工具：万用表、数字电桥、示波器、电流探头。
• 仿真工具：JLink PRO。
• 软件工具：J-Scope。
  

调试步骤

1、硬件测试

• 母线电压测量
• MCU供电电压测量
• 驱动芯片供电电压12V测量
• PWM例程输出测试PWM输出信号是否正常
• 测试运放、ADC采样口电压是否正常
  

1）芯片电源电压

• 芯片电电源电压：万用表测试电源5V对GND是否正常。
• 并用示波器观测电源的纹波是否符合标准。
  

2）运放端电压

• 万用表测试运放端电压是否为ADC参考电压的1/2；
• 观察程序电流基准部分的值是否为2048（MCU的AD为12位，满量程是4096，代表AD参考电压的电压值）附近。
  

3）UVW三相输出

• 为验证MCU输出和功率器件，需测试U、V、W三相输出是否正常。
• 不接电机，让程序输出固定占空比。
• 如若没有输出，可能原因：HVIC或MOS异常、芯片异常。
  

4）电压基准

• FOC的SVPWM模块中需采集母线电压进行计算，在高低压应用中，因电源电压与MCU的ADC最大采样电压不等，需根据实际情况将母线电压用分压方式来处理。
  

5）电流基准

• 根据硬件板上的采样电阻Rsample，运放放大倍数Amp，MCU的ADC参考电压Vs，可计算电流基准、最大采样电流、最小采样电流。一般设计电机运行最大电流在1/2的最大采样电流左右。
• 在调节过程中，电机的电流不能超过最大采样电流，也不能小于最小采样电流。若出现超出情况，需根据实际情况重新配置采样电阻和运放放大倍数。
  

2 电机参数测量

1）电机极对数MT_Pole_Pairs

电机的极对数可从电机规范表中获取。也可通过以恒定的转速驱动电机（例如使用另一台电机拖动）并测量反电动势的频率获得，也可以通过快速的将转子转动一周，观察示波器上出现线电压峰值出现的次数即为电机的极数。使用测量得到的频率值，经过公式1-1的计算即可得出极对数。

2）相电阻和相电感

电机的相电阻和相电感的测量方法如下：

• 相电阻——用万用表测量永磁同步电机两相绕组间的直流电阻值。将测得的电阻值代入下列公式：MT_Phase_R = 电阻测量值/2
• 相电感——使用LCR表测量永磁同步电机10kHz时两相绕组间的电感。将所测得的电感值代入下面的公式：MT_Phase_L=电感测量值/2
  

3. 配置电机硬件板参数

驱动板硬件配置在Related_Parameter_Config.h中。硬件设计时，我们建议参考我们的DEMO板或参考设计配置电机驱动使用的PWM、AD等资源。如设计时有所改动，需按以下指引重新配置。

1）PWM配置

MCU的各个引脚功能是复用的，需要进行配置才能进行使用。上图中就是对驱动电路中的三路PWM进行配置，需要按电路设计图一一对应，并按照MCU的软件库定义进行相应配置。

开或关闭芯片的内部运放，根据电路设计进行配置。

2）AD配置

电流采样参数

硬件参数：OPA_I_R1、OPA_I_R2以及VDD 都位于Related_Parameter_Config.h

文件中，其中OPA_I_RS表示电流检测电阻，VDD表示AD转换的参考电压。该文件中的参数根据硬件设计不同而有所变化。

运算放大器用来放大电流检测信号。用户应根据硬件设定放大器增益值，为Related_Parameter_Config.h文件中的OPA_Gain值，增益=内部运放选定增益10K/R22=10。

3）母线电压分压参数

1. ine Divid_Resist_R1 10
   
2. #define Divid_Resist_R2 100

复制代码

4）调速接口：PWM调速

4、电机性能参数配置

1） 开关频率配置

如下设定PWM频率为16KHZ,死区时间设定50个时钟周期，PWM

2）电机基本参数设置

电机参数：

1. MT_Phase_L
   
2. MT_Phase_RMT_Pole_Pairs
   
3. MT_Volt_Rated和MT_Power_Rated、
   
4. MT_Spd_Max

复制代码

都位于Related_Parameter_Config.h文件中。

电机参数依赖于电机的规范，当测试不同的电机时，应当更新电机参数值。电机参数的设置如下所示。

3）启动参数设置

4）电机基本参数设置

最高转速Set_SpeedMax为规格要求达到的转速，实际设定的最高转速可以比要求高；
最低转速Set_SpeedMin：调速需要的最低转速，风扇的要求一般在100-200RPM之间。

5）初始位置检测

预定位在Related_Parameter_Config.h文件:

5、驱动器性能参数配置调试

1）位置环调试

2）电流环调试

电流环PI参数调节

6、性能参数测试优化

结语

调试是产品开发中重要环节之一，简化步骤请看FOC基本调试方法。