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作者：paradoxfx 在高性能的電機控制應用中，我們一般用到磁場(chǎng)定向技術(shù)(FOC)。這個(gè)方法的原理比較直觀(guān)，主要是將三相定子電流通過(guò)坐標變換，分解為轉矩分量和勵磁分量，然后分別控制。這一算法涉及到以下步驟： 1. 使用Clarke 和Park 變換，將編碼器的3 相反饋電流輸入和轉子位置轉換為正交和直流電流分量。 2. 使用這些電流分量作為兩個(gè)并行運行的比例和積分(PI) 控制器的輸入，將直流電流限制為零，把正交電流保持在所需的扭矩水平上。 3. 通過(guò)Clarke 和Park 反變換，將PI 控制器的直接和正交電流輸出轉換回3 相電流。 FOC的基本原理在從事電機控制的開(kāi)發(fā)人員中可謂眾所周知，但是真正能夠把其性能發(fā)揮好卻并不容易，主要的幾個(gè)問(wèn)題是： 1) 采樣的問(wèn)題：包括電流的采樣精度、編碼器的分辨率和計算延時(shí)等。 2) 調節器的設計與調諧，如果不清楚電機的參數則很難進(jìn)行，目前很大程度上仍然是采用試湊的辦法，費時(shí)費力，而且容易受到電機參數漂移的影響。 3) 電機磁鏈的計算問(wèn)題：不管是定子的，轉子的還是氣隙的，如果磁鏈計算的不準確，則整個(gè)FOC定向的基礎，即定向角度都會(huì )產(chǎn)生偏差，嚴重影響性能。 針對以上問(wèn)題，TI在C2000系列DSC上面(目前支持TMS320F2806xF系列，包括(80和100管腳的69F, 68F和 62F)提出了InstaSPIN 電機解決方案，在此對其進(jìn)行一下技術(shù)上的解析，希望起到拋磚引玉的作用。 目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)好的InstaSPIN算法主要面向3個(gè)應用場(chǎng)合，如表1所示。 
其實(shí)現的具體方法是，在控制器的ROM中，嵌入了TI自己開(kāi)發(fā)的FASTTM技術(shù)。這一技術(shù)本身的原理比較復雜，但是在用戶(hù)端來(lái)看，我們面對的主要是一些寄存器，包括控制寄存器、數據寄存器等，只要正確控制相應的寄存器就可以正確發(fā)揮它的性能了。FASTTM技術(shù)主要包括以下方面： 1) 無(wú)速度傳感器條件下的定向控制 在一些比較苛刻或者需要很低成本的工業(yè)場(chǎng)合，往往無(wú)法安裝編碼器，這時(shí)無(wú)速度傳感器的方案是唯一選擇;但是其原理往往比較復雜，并且很難在低速的情況下取得理想的性能。FASTTM技術(shù)為用戶(hù)解決了這一難題。它需要無(wú)速度傳感器根據電機的電流、電壓和逆變器直流母線(xiàn)的電壓，根據一定的數學(xué)關(guān)系來(lái)觀(guān)測無(wú)速度傳感器條件下磁場(chǎng)定向所需要的關(guān)鍵變量的值，包括磁鏈、FOC定向角、轉速、轉矩等。具體使用的數學(xué)關(guān)系目前并沒(méi)有開(kāi)發(fā)，這應該算是TI的核心技術(shù)或者商業(yè)機密，但是這并妨礙我們使用它，并理解其工作方法。其原理框圖圖2 所示。
2) 電機參數的自動(dòng)識別 通過(guò)電機參數的自動(dòng)識別，結合一些控制理論中的自適應和自整定理論，從而可以大大減輕甚至完全將工程師從復雜且耗時(shí)的調節器整定工作中解放出來(lái)。 3) 負載慣量的自動(dòng)識別 在初始狀態(tài)下識別負載慣量，可以設定一個(gè)相對保守但是完全可用的調節器參數，如果對性能要求不是太高，甚至不需要再對其進(jìn)行調節。在運行過(guò)程中實(shí)時(shí)識別負載慣量，可以根據設置對調節器進(jìn)行調諧，并計算整個(gè)系統的最大加減速度等。 使用了FASTTM技術(shù)之后，我們圖1中看到的FOC原理框圖的Encoder部分就可以替換為圖2中的觀(guān)測器了。 最后，總結對比FASTTM與傳統的控制方法，如表2所示
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