用JMT1808R 芯片做无感FOC高频注入的体会

xxfrom · 发表于 2017-10-8 11:37

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因为一个客户的需求，要求无感带载启动，于是我们开始了高频注入（HFI）的征程。查了好多文章，论坛和网站，讨论高频注入的主题，这个论坛是较多的，但是，基本上都是在问问题。

下面是调试HFI的一点感受：

1、我们也是一样的，搞高频注入，要问的问题的确比较多，第一件事就是选择什么样的HFI方法，为了能适应多种电机，就选择了脉振高频电压注入法。

2、芯片平台也很重要，我们选择熟悉的江苏宏云的JMT1808R，此款芯片我们用了一年多，FOC也有源代码可以参考。

3、是否需要电机的凸极性？从论坛的讨论中了解到，HFI一定是需要电机的凸极性的，但我们反正是从头做起，手上的demo电机和产品电机都要尝试，有的有凸极性，有的Ld=Lq（如时代超群的57BL55，24V60W BLDC电机），几乎看不到凸极性。通过实践，就有了自己的见识，结论是，没有凸极性也是行的。

4、论文，文章错误要验证，有的是大意，有的是不严谨，总之，结合不同的文章，自己判断正确性，比如某大学的高频注入的硕士论文，框图中PLL（PI）输出应该是角速度w，而写成了theta，也就是把积分搞反了，但是仿真图中确没有错，应该是笔误。

5、注入的频率，1kHz，2kHz，还是多少，其实效果差不多，自己试试就知道了，但是频率高也不能高到哪里，因为FOC（PWM）频率常常受到MCU性能和主频的限制，通常在16KHz上下，无人机电调的PWM频率高一些，我们用JMT1808R，可以优化到50kHz，但中断外几乎没有空余时间处理其他进程，所以改成46KHz。假设应用中用16KHz的PWM频率，2kHz的注入频率，一个周期有8个点。

6、带通滤波器和低通滤波器，用巴特沃斯IIR就行，通带内比较平坦，4阶，6阶都行，看MCU性能了，JMT1808R因为有DSP核，做滤波器是特长。

7、磁极性判断，利用电感的磁路饱和特性，论文中的一些方法基本可行，要注意的是判断时的噪声影响，加上统计的方法，例如LS判断会滤除噪声，增加可靠性。

8、HFI低速切高速估计（如滑膜），注意两者在速度w上的定标一致性，两者估计的速度接近，切换就不是问题。

我们在几个不同的电机上都有实验，定位，带载启动，低速，HFI切高速都OK。

最后，感谢芯片原厂的支持，没有原厂一起合作开发，也就没有这个体会了。

as27185 · 发表于 2017-10-9 11:27

高频注入从0开始做成产品很厉害。

不知道产品应用在什么地方，HFI噪音怎么样，能接受吗？
还有HFI低速切高速是在基速的百分之几切的

xiao2005new · 发表于 2017-10-9 11:31

本帖最后由 xiao2005new 于 2017-10-9 11:32 编辑

感谢楼主

我也是再做这块仿真。请教一下，识别无凸极性转子位置也是脉振高频注入吗，因为从理论推导看是没办法识别的。

另外电流闭环调节这块，电流闭环控制的电流反馈需要加一个带组滤波器吗？是否降低电流闭环响应的频率就可以了？

谢谢

xxfrom · 发表于 2017-10-9 11:45

本帖最后由 xxfrom 于 2017-10-9 11:48 编辑

as27185 发表于 2017-10-9 11:27
高频注入从0开始做成产品很厉害。

不知道产品应用在什么地方，HFI噪音怎么样，能接受吗？

噪声不是很大，如果只是定位，就很小的一点声音，如果HFI低速运转，正弦波的声音一直有，但不太明显。

我们的产品是用在助力车上的，助力车上HFI的噪声基本不影响，如果不用HFI，FOC开环启动的话，本来的噪声也不比HFI小。

优酷上找一下“FOC高频注入”，有2段视频，可以听听声音。

HFI切闭环，跟FOC开环切闭环的速度差不多方式。用速度范围的最低速度切（如100转~1000转，100转时切换），这个可以自己尝试。

xxfrom · 发表于 2017-10-9 11:53

本帖最后由 xxfrom 于 2017-10-9 12:35 编辑

xiao2005new 发表于 2017-10-9 11:31
感谢楼主

我也是再做这块仿真。请教一下，识别无凸极性转子位置也是脉振高频注入吗，因为从理论推导看 ...

是的，脉振法。

注入高频后，Ld，Lq应该会产生些差异的，不会绝对一样，能够产生所需要的错误函数。

极性识别是根据电感的饱和特性来的，没问题的。可以参考湖南大学，南航，还有其它一些关于脉振法的论文。

Iq，Id都要加低通滤波器（LPF）的，因为有高频噪声要滤除，降低电流环的响应频率解决不了高频噪声。

as27185 · 发表于 2017-10-9 13:03

xxfrom 发表于 2017-10-9 11:45
噪声不是很大，如果只是定位，就很小的一点声音，如果HFI低速运转，正弦波的声音一直有，但不太明显。
...

这个芯片用在电动自行车是不是有点贵？以前用的多的是瑞萨的9211是吧
在测功机上试过吗，能满载启动吗

xxfrom · 发表于 2017-10-9 14:05

as27185 发表于 2017-10-9 13:03
这个芯片用在电动自行车是不是有点贵？以前用的多的是瑞萨的9211是吧
在测功机上试过吗，能满载启动吗

9211现在基本上快退出历史舞台了，现在大家都在转FOC，9211只能做所谓的假正弦，主要是用于方波控制。

像晶汇这样的大厂在用STM32F103，其它公司也有用M0的等等。

再说，这款芯片性价比也很好，不比9211 贵多少，比103就便宜太多了，还节省了外部运放。

我们没有用测功机测试，人为加负载是可以的，准备直接上助力车调试。

kingchp · 发表于 2017-10-21 09:29

我最近也在做高频注入选芯片，楼主能留个QQ或者微信交流交流

kaihuang · 发表于 2017-10-24 11:25

xxfrom 发表于 2017-10-9 11:53
是的，脉振法。

注入高频后，Ld，Lq应该会产生些差异的，不会绝对一样，能够产生所需要的错误函数。 ...

请问加了LPF后,电流环在反馈环节上有了滞后,势必会影响其带宽,那么此时的调节器参数如何整定,delay怎么补,如果开关频率固定在10k的话

xxfrom · 发表于 2017-10-28 11:27

本帖最后由 xxfrom 于 2017-10-28 11:30 编辑

这里有几个地方有类似同步和延时的问题：
1、注入的正弦波（或者余弦）同经过BPF滤波后同相乘的正弦波相位存在同步问题，可以通过查看波形大概了解延时情况进行补偿，复杂一点的方法是载波回恢复，可以参考一些论文。
2、HFI只在低速上才使用，因LPF低通滤波器产生的延时导致的相移，可以不用考虑。

blazeblade · 发表于 2017-11-1 22:19

看了楼主在优酷的视频，是用于电动自行车的。貌似启动慢了点？

xxfrom · 发表于 2017-11-2 08:56

blazeblade 发表于 2017-11-1 22:19
看了楼主在优酷的视频，是用于电动自行车的。貌似启动慢了点？

为了体现HFI低速运行，有意让电机低速（HFI）速度设置低一些。HFI运行时间，切高速估计的时间都是可以调整的。

xiaoxiao201005 · 发表于 2017-11-3 14:04

厉害了，楼主。。。

kaihuang · 发表于 2017-11-3 14:10

xxfrom 发表于 2017-11-2 08:56
为了体现HFI低速运行，有意让电机低速（HFI）速度设置低一些。HFI运行时间，切高速估计的时间都是可以调 ...

您好,非常感谢你的解答,现在的我已经通过脉振高频信号注入法把初始位置辨识出来了,我的电机是表贴式的PMSM,但是我的电流没有闭环,直接是给UD,UQ的指令. 辨识只有角度是闭环的,用一台对拖电机带着转,角度也可以跟随的比较好.
我还是那个问题,电流反馈引入了LPF后,我得把控制器增益调的很低,否则因为这种滞后就会过流,请问有什么建议吗..祝您工作顺利.

blazeblade · 发表于 2017-11-3 17:56

xxfrom 发表于 2017-11-2 08:56
为了体现HFI低速运行，有意让电机低速（HFI）速度设置低一些。HFI运行时间，切高速估计的时间都是可以调 ...

那峰值扭矩启动最快能到多少ms呢？

xxfrom · 发表于 2017-11-13 09:55

blazeblade 发表于 2017-11-3 17:56
那峰值扭矩启动最快能到多少ms呢？

具体时间没有测试呢。

xxfrom · 发表于 2017-11-13 10:05

kaihuang 发表于 2017-11-3 14:10
您好,非常感谢你的解答,现在的我已经通过脉振高频信号注入法把初始位置辨识出来了,我的电机是表贴式的PMS ...

感觉不像是LPF引起的，因为您是“直接是给UD,UQ的指令”，况且如果只定位，Uq不用给值，Ud注入正弦波，幅度不会很大，限制ud，uq的幅度，应该不会过流的。可能是电机带着转，产生类似于堵转的效果？

kaihuang · 发表于 2017-11-13 14:16

xxfrom 发表于 2017-11-13 10:05
感觉不像是LPF引起的，因为您是“直接是给UD,UQ的指令”，况且如果只定位，Uq不用给值，Ud注入正弦波，幅 ...

Uq给的0,Ud给的正弦波,这样做初始位置辨识的时候可以收敛得到角度; 电流反馈经过LPF,idref=0,iqref=0,电机会稍微动一下,大概几度的机械角,请问这个电流反馈的LPF的截止频率给多少呢?我用的是一阶的截止频率200HZ.注入频率1k.
贴一个只有角度闭环ud=0 uq=注入正弦,估计初始位置的波形.

xxfrom · 发表于 2017-11-14 09:01

kaihuang 发表于 2017-11-13 14:16
Uq给的0,Ud给的正弦波,这样做初始位置辨识的时候可以收敛得到角度; 电流反馈经过LPF,idref=0,iqref=0,电 ...

LPF的截止频率200Hz没有问题，但一阶估计不行，滤波性能不够，特别是从模拟RC滤波器改过来的那种，本身就不能滤除一些高阶的谐波分量，可以使用在带通滤波器后面的那个LPF一样的LPF，4阶以上的吧。但滤波器只是HFI环节其中一部分，HFI运转时参数也不是太好调，多尝试。祝您成功！

kaihuang · 发表于 2017-11-14 10:13

xxfrom 发表于 2017-11-14 09:01
LPF的截止频率200Hz没有问题，但一阶估计不行，滤波性能不够，特别是从模拟RC滤波器改过来的那种，本身就 ...

谢谢..让我为难的是,这种高阶的滤波器,电流环的相位裕度就不够了...做了下仿真的情况也直接是发散了.

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