矢量控制是一种用于控制电机的高级控制技术,它能够通过调整电机的电流来改变电机的转速和转矩,从而实现对电机的精确控制。矢量控制具有良好的动态响应特性和较高的效率,已经广泛应用于工业自动化和家用电器等领域。
矢量控制通过坐标变换实现解耦,使电机的励磁电流和转矩电流能够分开控制,从而实现与直流电机相近的控制效果。可以看到,矢量控制的实施最终要落实到电流控制上。电流检测作为电流控制的基础,就显得尤为重要。电流检测一般通过电流传感器来实现,常用的电流传感器有霍尔电流传感器、分流器、电流采样电阻等。不同的电流传感器在性能、价格、安装方式等方面存在较大差异,在实践中需要根据具体的需求进行选择。
大多低成本的小功率电机控制系统都会使用电流采样电阻来检测电流,电流采样电阻的精度和功率比普通电阻的精度和功率高,一般串联在驱动电路近地端。根据所使用的电流采样电阻的数量,可以将电流电阻采样方案分为三电阻采样、双电阻采样、单电阻采样。电流采样电阻的数量越多,电路越复杂,硬件成本越高;反之,电流采样电阻的数量越少,软件越复杂,或者在某些指标上性能有所下降。
实际的电机控制系统总在PWM周期内进行电流采样,这就涉及确定采样时刻(采样点)的问题,必须保证采样时刻的电流信息是正确的。正确采样后,软件还需要对电流采样值做进一步处理,主要涉及数值计算及标幺化。标幺化能够显著提升软件的通用性。不同功率的电机,其工作电流的变化范围非常大,通常从零点几安到数千安不等。对定点芯片而言,若要兼顾如此大的变化范围与表示精度,标幺化可能是最好的处理方法。
目前,电流控制使用最为普遍的仍然是传统的PI控制器。PI控制器结构简单,参数调试方便,即便在增益变化较大时,也能保持稳定。对于要求不高的应用场合,基础的PI控制器即可胜任。当需要优化性能时,可以建立较为精确的电流环模型,有针对性地确定增益。在此基础上,还可以增加解耦、抗卷饱、扰动观测、谐波注入等更加复杂的功能。